5. Phương pháp nghiên cứu
1.2. Tổng quan về hợp kim Heusler
1.2.3. Một số kết quả nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt trên hệ hợp kim Ni-Co-Mn-Al
Năm 2013, M. Lyange cùng các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung Co đến nhiệt độ chuyển pha và tính chất từ của hệ hợp kim Ni50-xCoxMn3i+yAli9_y (x = 0 - 10, y = 0 - 3) [14]. Hình 1.7 thể hiện sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt
Magnetization(emu/g)
độ của các băng hợp kim NÌ50-xCoxMn3i+yA li9.y được đo trong khoảng nhiệt độ 5 K < T < 303 K.
2,0-
1.5-
1,0
0,5
50 Oe 200 Oe 500 0 6 -1 kOe
5 kOe
00
0 50 100 150 200 250 300 350 Temperature (K)
a) 40-
35-
“ 30 3- 25Ẹ I 20
i(0 15H
I 10
Ễ
5 0 -I
Ni,5Co5MnKAl18
—■— 50 Oe
— 200 Oe
— 500 Oe
— 1000 Oe 5000 Oe
7 & X
r % \
7 > \
J V W &
• ** TV\
...
10Ũ 150 200 250 300 35Ũ Temperature (K)
b)
—I—50 100 150 200 250 300 350 Temperature (K)
c)
H ìn h 1.7. Đ ư ờng cong từ n h iệt của các hợp kim NisoMnsiAỈỊọ (a), N Ỉ4 0C0ioM ĩiịịA Iu (b), N Ỉ4 5CoỊMriỊ2Ả li8 (c) [14].
Nhiệt độ Curie tăng theo nồng độ Co (hình 1.7). Đối với mẫu NÌ50M1131AI19
và NÌ45C05M1132AI18 nhiêt độ Tc chỉ khoảng 220 K. Tuy nhiên, khi tăng hàm lượng Co, nhiệt độ chuyển pha của mẫu Ni4oCoioMn33Al17 đã tăng lên tới 335 K. Tc tăng tỉ lệ thuận với sự tăng của nồng độ Co, và từ độ giảm nhanh chóng khi nhiệt độ tăng gần Tc và giảm dần về 0 khi T > Tc. Điều này có ý nghĩa rất lớn trong việc điều khiển nhiệt độ hoạt động của các chất làm lạnh từ.
Cũng vào năm 2013 bài báo của Chong Seung Yoon cùng các cộng sự đã nghiên cứu về sự biến đổi pha và hiệu ứng từ nhiệt trên hợp kim Heusler Nii 7C00 sMĩ^+xAl^x (x = 0 ,2 2 - 0,3) được chế tạo bằng phương pháp nấu nóng chảy trong lò hồ quang trong môi trường khí Ar. Các mẫu khối thu được sau đó được ủ tại 1000°c trong 72 giờ và được làm nguội nhanh [23],
Temperature (K) Temperature (K)
Temperature (K) Temperature (K)
Hình 1.8. Đường cong từ nhiệt của hợp kim Ni] 7C00 sMrij+xAỉj.x (x = 0,22 — 0,3) đo trong biến thiên từ trường 2 kOe [23].
Sự phụ thuộc của từ độ vào nhiệt độ được hiển thị trong hình 1.8 cho ta thấy nhiệt độ biến đổi Mactensite Ms tăng khi hàm lượng AI giảm và khi X = 0,3 thì Ms gần tiến sát đến nhiệt độ Tc của quá trình biến đổi từ. Nhiệt độ chuyển pha gần như
k h ô n g th ay đ ổ i k h o ả n g 360 K đ ố i v ớ i cả b ố n hợp p h ầ n X = 0,22; 0,24; 0,26 v à 0,3 (xem bảng 1.2) [23].
Bảng 1.2. Bảng thống kê giá trị |as I và Tc của một số hợp kim Heusler Họp phần 1 ASm| max
(J/(kg.K)) Tc(K) AH (kOe) TLTK
NÌ4i,5Co8,5Mn32Al18 0,92 310 10 [23]
NÌ4iCOgMn32)5Ali7)5 0,98 340 10 [23]
NÌ4iCo9Mn32Al18 2 , 1 300 10 [23]
Ni 1 ^Coo^Mĩii 522 A1o,78 - 351 10 [24]
N i 1 ^Coo^Mni 24 AI0J6 0,99 354 10 [24]
N i 1 jCoo^Mni 26 Aloj4 2 , 1 358 10 [24]
NiijCoo^Mni^Aloj 0,65 352 10 [24]
Ni2Mni.xInx 2 - 10 [17]
NÌ5oMn34)8lni4)2B 2,9 - 18 [1 1]
1M ISO 200 250
Temperature (K)
300
Temperature (KJ
Temperature (K)
Hình 1.9. Độ biến thiên entropy từ ÀSm của hợp kim Nil 7C003Mni+xAỈ].x với X = 0,24 (a); X= 0,26 (b )và x = 0,3 (c) trong biến thiên từ trưômg 2 - 1 0 kOe [23].
ASh (J kg4 K )
Độ biến thiên entropy từ của hệ Nil 7C003Mn1+xAli_x được trình bày trong hình 1.9. Kết quả cho thấy rằng hợp kim Nil 7Co03Mni+xAli_x cho giá trị biến thiên entropy từ tương đối cao. Đặc biệt, đối với mẫu X = 0,26 cho độ biến thiên entropy từ cực đại |as I = 2,1 J/(kg.K) tron g từ trường 10 kOe. So sánh với các hệ hợp kim khác như Ni2Mni_xInx và NÌ50M11348Ini4 2B có giá trị |as I tương ứng là 2 và 2,9 J/(kg.K) [17, 11] thì ta thấy rằng biến thiên entropy gần như là tương đương nhau. Như vậy, giá trị biến thiên entropy từ có thể đạt được bằng cách sử dụng họp kim Ni-Co-Mn-Al mà không phải sử dụng các vật liệu đắt tiền như In.
Tem perature (K) Tecnp*ratuf&(K)
T e m p e ra tu re (K)
Hình 1.10. Độ biến thiên entropy từASm của hợp kim Niậi ịCo$ 5M11Ị2AI18 (Cos ỉẨỈỊg) ịa), Ni41Co9Mn325ẢỈ175 (CoọAỈ]75) (b), NĨ4]CoỊ)Mns2ẢỈ]s (Cog 5Al18) (c) trong biến thiên từ
trường 2 - 1 0 kOe [24].
Gần đây, năm 2014 Chong Seung Yoon cùng cộng sự đã nghiên cứu về hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Ni-Co-Mn-Al gần nhiệt độ phòng [24], Hình 1.10 cho thấy sự phụ thuộc của ASm vào nhiệt độ của các mẫu băng hợp kim Ni-Co-Mn-Al.
Kết quả cho thấy việc thay đổi nồng độ Co và AI có ảnh hưởng rất lớn đến độ bán rộng của các đường cong ÀSm và độ cao của các đỉnh ÀSmpk.
Bảng 1.2 cho thấy họp kim NÌ41C09M1132AI18 (CogAlis) cho giá trị biến thiên entropy từ lớn \a s I = 2,1 J/(kg.K) gần nhiệt độ phòng (300 K) và có công suất làm lạnh tương đối cao RC = 51,8 J/kg trong biến thiên từ trường 10 kOe.
Tóm lại, các nghiên cứu trên cho thấy rằng các hợp kim Ni-Co-Mn-Al là một họ vật liệu từ nhiệt nhiều triển vọng. Các thành phần của hợp kim đều là các nguyên tố tương đối rẻ tiền, không độc hại với con người và không có tác động xấu đến môi trường sống. Hợp kim Heusler Ni5o-xCoxMn5o-yAly là vật liệu có tính bán kim, hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim có thể được tạo ra và điều chỉnh bằng cách thay thế các nguyên tố thành phần hoặc xử lý nhiệt.. Tính chất từ và cấu trúc của vật liệu phụ thuộc vào tỉ phần các nguyên tố trong hợp kim và điều kiện chế tạo. Do vậy, hợp kim rất cần được nghiên cứu để tìm ra thành phần tối ưu cùng với công nghệ chế tạo thích hợp và ổn định.
CHƯƠNG2 THựC NGHIỆM 2.1. Chế tạo mẫu