Năm 2005, Min cùng cộng sự đã nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt trên hệ hợp kim Fe90-xMnxZr10 (x = 8 và 10). Kết quả cho thấy tính chất từ nhiệt của hợp kim bị ảnh hưởng rất nhiều bởi sự thay thế của Mn cho Fe. Nhiệt độ Curie TC của hợp kim giảm từ 210 K xuống 185 K khi tăng nồng độ của Mn. Khi từ trường thay đổi từ 0 đến 5 T, độ biến thiên entropy từ của hợp kim đạt
2,78 J/kg.K với x = 8 và 2,33 J/kg.K với x = 10 tại nhiệt độ chuyển pha TC
của chúng (hình 1.8).
Hình 1.8. Sự phụ thuộc của entropy từ vào nhiệt độ của các mẫu băng hợp kim Fe90−xMnxZr10 (x = 8 và 10) với ∆H = 5 T.
Franco và cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi hợp phần lên độ biến thiên entropy từ và khả năng làm lạnh của các hợp kim vơ định hình FexCoyBzCuSi3Al5Ga2P10 (x, y, z, u = 70, 0, 5,5; 56, 14, 6, 4; 43, 26, 8, 3; 29, 40, 9, 2; 17, 52, 10,1; 5, 63, 12, 0;) - kí hiệu là hệ CoBAA; Fe65,5Cr4-xMo4-
yCux+yGa4P12C5B55 (x, y = 0; 0,5; 1, x + y ≤ 1) - kí hiệu là hệ CrMoBAA; Fe83-
xCoxZr6B10Cu1 (x = 05) - kí hiệu là hệ CoNanoperm; Fe91-xMoxCu1Bx (x = 15,
17, 20) – kí hiệu là hệ BNanoperm; Fe60-xMnxCo18Nb6B16 (x = 0, 2, 4) – kí hiệu là hệ MnHiTperm và Fe68,5Mo5Si13,5B9Cu1Nb3 – kí hiệu là hệ MoFinemet.
Hình 1.9. Mối quan hệ giữa nhiệt độ của đỉnh của độ biến thiên entropy từ
∆SMpk và khả năng làm lạnh RC của các mẫu khác nhau với ∆H = 1,5 T.
Hình 1.9 biểu diễn sự phụ thuộc của độ biến thiên entropy từ cực đại (đỉnh của độ biến thiên) /∆SMpk/ và RC vào nhiệt độ đỉnh Tpk của các đường cong ∆SM. Các đường tròn bao quanh các điểm RC biểu thị rằng đó là hợp kim đặc biệt có RC khơng đạt tới giá trị cực đại nhưng lại có nhiệt độ đỉnh gần nhiệt độ phòng. Một vật liệu tối ưu là vật liệu phải có cả 2 thơng số /∆SMpk/, RC lớn và có nhiệt độ đỉnh gần dải nhiệt độ mong muốn. Đối với hầu hết các mẫu đã nghiên cứu, sự thay đổi hợp phần tạo ra sự giảm Tpk đồng thời
cũng làm giảm cả /∆SMpk/ và RC. Riêng đối với hệ mẫu BNanoperm, khi thay đổi hợp phần /∆SMpk/ không thay đổi. Giá trị của /∆SMpk/ tăng theo nồng độ B trong hợp kim. Hợp kim CoNanoperm là hợp kim có hợp phần tối ưu ở đây, nó cho thấy khả năng làm lạnh từ và /∆SMpk/ lớn. Mặc dù có sự khác biệt trong các dạng của đường cong /∆SMpk/, tất cả các mẫu đều thể hiện sự phụ thuộc vào từ trường là giống nhau, ∆SM ∝ Hn.
Hình 1.10. Đường cong ∆SM/∆SMpk của tất cả các mẫu hợp kim trong dải nhiệt độ thực nghiệm. Hình cài vào là sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ biến
thiên entropy từ của hệ hợp kim CoBAA với x = 70, 56, 43, 29 và 17.
Hình 1.10 cho thấy giá trị 1/2∆SMpk bên trong dải nhiệt độ hoạt động là
một làm của nhiệt độ θ, được định nghĩa là:
Trong đó, Tr1 và Tr2 là điểm nhiệt độ của mỗi đường cong tương ứng với 1/2∆SMpk. Hình nồng vào cho thấy dữ liệu ban đầu của hệ CoBAA được sử
dụng để xây dựng nên đường cong ∆SM/∆SMpk. Như vậy, nhóm tác giả đã
nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt trên các mẫu băng hợp kim Finemet, Nanoperm, HiTperm. Hợp phần tối ưu được nghiên cứu tương ứng với hợp kim Nanoperm chứa Co, cho độ biến thiên entropy từ cực đại 1,6 J/(kg.K) với ∆H = 1,5 T, khả năng làm lạnh là 82 J/kg và nhiệt độ đoạn nhiệt được ước đoán tương ứng là 1,3 K. Các giá trị này là 3,9 J/(kg.K), 273 J/kg và 3,2 K khi ∆H = 5 T. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng sự phụ thuộc vào từ trường của độ biến thiên entropy ∆SM cũng theo một xu thế chung cho các vật liệu từ mềm vơ định hình, tạo nên đường cong ∆SM/∆SMpk của các mẫu khác nhau.
Debabrata mishra cùng cộng sự cũng nghiên cứu nâng cao hiệu ứng từ nhiệt bằng cách pha thêm B vào hệ hợp kim vơ định hình Fe89-xBxZr11 (x = 0 ÷ 10) . Kết quả cho thấy nhiệt độ Curie TC và từ độ bão hòa ở nhiệt độ phòng MS của hợp kim tăng gần như tuyến tính với sự thêm vào của B. Lực kháng từ giảm từ 13 Oe xuống tới 0,015 Oe với nồng độ B là 5 % và tăng lên 0,063 Oe khi nồng độ B là 10 % (hình 1.11).
Hình 1.11. Sự biến thiên của nhiệt độ Curie (a), từ độ bão hòa (b) và lực kháng từ (c) với sự thay thế của B trong các mẫu băng hợp kim Fe89-xBxZr11.
Hình 1.12 cho thấy sự phụ thuộc của ∆SM vào nhiệt độ của các mẫu băng hợp kim Fe89-xBxZr11 (x = 0, 5 và 10). Kết quả cho thấy khi nồng độ B tăng lên, độ rộng của các đường cong ∆SM. Tuy nhiên, các đỉnh ∆SMpk lại tăng lên theo nồng độ B. Giá trị ∆SMpk tăng từ 1,3 J/(kg.K) đối với mẫu Fe89Zr11 tới 1,73 J/(kg.K) cho mẫu Fe79Zr11B10. Sự tăng của ∆SM chủ yếu là do tính chất sắt từ tăng của hợp kim Fe-B-Zr với sự thêm vào của B.
Hình 1.12. Sự phụ thuộc của độ biến thiên entropy từ ∆SM vào nhiệt độ của
các mẫu băng hợp kim Fe89-xBxZr11 (x = 0, 5 và 10) với ∆H = 1,8 T.
Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng của B lên tính chất từ nhiệt của hợp kim vơ định hình, nhóm tác giả Seong-Gi Min nghiên cứu về hiệu ứng từ nhiệt trên các mẫu băng hợp kim Fe93-xNb7Bx (x = 9, 14 và 20). Các mẫu băng vơ định hình được chế tạo với vận tốc phun băng là 30 m/s. Kết quả cho thấy nhiệt độ Curie TC là 299, 372 và 419 K tương ứng với x = 9, 14 và 20 (hình 4.6). Với sự tăng lên của nồng độ B trong hợp kim Fe93-xNb7Bx, nhiệt độ Curie tăng. Điều này có thể là do sự có mặt của một vài tương tác phản sắt từ giữa các nguyên tử Fe cao hơn nồng độ Fe.
Hình 1.13 là sự phụ thuộc của độ biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của các mẫu băng hợp kim Fe93-xNb7Bx (x = 9, 14 và 20) với ∆H = 1,5 T. Kết quả cho thấy, với sự thay đổi của từ trường từ 0 tới 1,5 T, độ biến thiên entropy từ ∆SM đạt tới giá trị cực đại khoảng 1, 44 J/kg.K với x – 9 tại 299 K, trong khi ∆SM của mẫu x = 14 và 20 tương ứng là 1,07 và 0,97 tại 372 và 419 K (nhiệt độ Curie).Các hệ mẫu này rẻ hơn các hệ mẫu chứa Gd và nhiệt độ
Curie dễ điều chỉnh bằng cách thay đổi nồng độ. So với hệ chứa Gd, các hệ hợp kim này có đường cong ∆SM mở rộng hơn xung quanh nhiệt độ Curie.
Hình 1.14. Các đường cong từ nhiệt M(T) của mẫu băng hợp kim Fe90-xNb7Bx (x = 9, 14 và 20).
Hình 1.15. Sự phụ thuộc của độ biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của các mẫu băng hợp kim Fe93-xNb7Bx (x = 9, 14 và 20) với ∆H = 1,5 T.