RUS ENG

НАМ 18 ЛЕТ!

ГРУППА AMT&C - ФИНАЛИСТ РЕЙТИНГА «ТЕХНОУСПЕХ»


 

 


Рабочее тело магнитной холодильной машины на основе магнитных полиядерных комплексов.




19) RU (11) 2177124 (13) Cl

(51)  7    F 25 В 21/00, 9/00, С 09 К 5/14

РОССИЙСКОЕ   АГЕНТСТВО ПО ПАТЕНТАМ И ТОВАРНЫМ ЗНАКАМ

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к патенту Российской Федерации


1

(21) 2000113176/06                   (22) 29.05.2000
(24) 29.05.2000
(46) 20.12.2001 Бюл. № 35
(72) Губин С.П.,   Звездин А.К., Мищенко
А.С., Спичкин Ю.И., Тишин
A.M.
(71) (73) Общество с ограниченной ответ­-
ственностью    "Перспективные     магнитные
технологии и консультации"
(56)    US 5381664 А, 17.06.1995. US 5435137
А, 25.07.1995. US 5641424 А, 24.06.1997. SU
1746161    А,    07.07.1992.    SU    1021889    А,
07.06.1983.

Адрес для переписки: 142150, Московская обл., Подольский р-н, Краснопахарский с/о, д. Раево, 25, ООО "Перспективные магнит­ные технологии и консультации"

РАБОЧЕЕ ТЕЛО МАГНИТНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ МАШИНЫ НА ОСНОВЕ МАГНИТНЫХ ПОЛИЯДЕРНЫХ КОМПЛЕКСОВ

(57) Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в ильных машинах, работаю-в области температур ниже 30 К. Рабочее тело магнитной холодильной маши­ны представляет собой суперпарамагнитный материал на основе магнитных полиядерных комплексов переходных металлов. Такой материал характеризуется высоким ем изменения магнитной части энтропии магнитного поля, что необходимо эффективности работы магнитных холодильных машин в области температур ниже 30 К. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 


2177124


 

Использование: низкотемпературные ре­фрижераторы, работающие на основе магни-токалорического эффекта.

Сущность изобретения: рабочее тело выполнено из суперпарамагнитного материа­ла на основе полиядерных магнитных комплексов переходных металлов.

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано в магнитных холодильных машинах, работаю­щих в области температур ниже 30 К.

Известно рабочее тело магнитной холо­дильной машины, работающей в области температур ниже 20 К, представляющее собой гадолиний галлиевый гранат (Gd3Ga5O12), являющийся выше температу­ры 0,8 К парамагнетиком [1]. Однако такой материал имеет недостаточную величину изменения магнитной части энтропии под действием магнитного поляDSм, являющую­ся основным параметром при опенке пригод­ности материала для нужд магнитного охлаждения. Это ведет к недостаточной эффективности охлаждения и низкой эффек­тивности известных магнитных холодильных машин, работающих ниже температуры 20 К, в целом. Необходимо также отметить сложность получения и дороговизну этого материала.

Наиболее близким к изобретению является способ магнитного охлаждения с помощью суперпарамагнетика, изложенный в патенте США N 5381664 [2]. В этом патенте было обосновано явление возраста­ния величины магнитокалорического эффек­та в суперпарамагнитной системе. В качестве такой системы было предложено использо­вать материал, состоящий из магнитных частиц с предпочтительным размером 1-1000 нм. Суперпарамагнитный материал исполь­зовался в магнитной холодильной машине с возвратно-поступательным или вращатель­ным движением рабочего тела в области магнитного поля с целью его переменного намагничивания и размагничивания. Однако не были указаны какие-либо конкретные примеры и характеристики частиц, исполь­зуемых в рабочем теле, и термодинамические параметры, характеризующие его пригод­ность для магнитного охлаждения.

Цель данного изобретения - повышение эффективности магнитных холодильных ма­шин, работающих в области температур ниже 30 К.

Поставленная цель достигается тем, что рабочее тело магнитной холодильной маши­ны выполнено из материала на основе магнитных полиядерных, комплексов переходных металлов. Способы получения магнит­ных   полиядерных   комплексов   описаны   в литературе   (см.,   напр.   [4]).   Полиядерные комплексы переходных металлов представля­ют собой макромолекулы размером ~2-5 нм, включающие   в   себя   значительное   число магнитных   ионов    (например,    3d-металлы Mn, Fe, Ni), имеющие внутримолекулярное магнитное упорядочение и характеризуемые значительным суммарным спином и магнит­ным моментом. Так, спин S молекул окиси ацетата Mn2   ([Мn12O12(СН3СОО)162O)42СН3СОООН 4Н2O) равен 10, что соответ­ствует     магнитному    моменту     молекулы m~20,5   /mв    [3],   а   спин   молекулы   Мn10 ([Mn10O4(biphen)4Cl12]) имеет величину S = 14   [5]. Теоретические оценки показывают, что   возможно   существование   устойчивых полиядерных комплексов марганца с суммар­ным магнитным моментом молекулы 40 / mв, что соответствует спину 20 [6, 7]. Матери­алы на основе известных магнитных поли­ядерных  комплексов  проявляют суперпарамагнитные свойства при темпера­туре   выше   ~3-4   К.   Внутримолекулярное магнитное   упорядочение   и,   следовательно, большой магнитный момент молекулы сохра­няется вплоть до 30 К. Межмолекулярные магнитные взаимодействия малы, что приво­дит    к    низким    температурам    Кюри    и суперпарамагнитному поведению системы из полиядерных магнитных комплексов в обла­сти температур выше 3-4 К. Известно [2], что суперпарамагнитная система характери­зуется значительно большим, чем обычный парамагнетик, изменением магнитной части энтропии. Это обстоятельство в сочетании с большим значением спина суперпарамагнит­ной частицы (полиядерного комплекса) обеспечивает    высокие    значения    DSм    в области температур ниже 30 К, значительно большие, чем у известных в настоящее время галлиевых гранатов редкоземельных метал­лов    (R3Ga5O12).    На    фиг. 1    приведены расчетные данные по изменению магнитной части энтропии для окиси ацетата Mn12 (S = 10) и Mn10 (S = 14), а также для сравнения экспериментальные данные для ЕrАlO3   [8], гадолиний галлиевого граната (GGG)   [1, 9] и гадолиний галлиевого граната, легирован­ного    железом    (GGIG)     [8].    Видно,    что абсолютная величина DSм в материалах на основе   полиядерных   магнитных   кластеров значительно   выше,    чем    в    известных   и считающихся перспективными на сегодняш­ний день в области температур ниже 20 К материалах.


 Холодильная машина на постоянных магнитах

Кроме того, магнитные полиядерные комплексы характеризуются монодисперсно­стью и совершенством внутренней структуры, что важно для обеспечения однородности магнитных свойств в рабочем теле. Они могут быть достаточно легко встроены в немагнитный высокопористый носитель типа Al2О3 или SiO2, а также полимерные матрицы (полиэтилен, тефлон и т.п.). Последнее весьма важно для работы магнит­ных холодильных машин, где для эффектив­ного теплообмена необходимо обеспечить контакт хладагента с возможно большей поверхностью рабочего тела и при этом возможно нежелательное истирание порошка рабочего тела при контакте частиц друг с другом и унос мельчайших частиц с потоком хладагента.

Предлагаемое рабочее тело может при­меняться в магнитных холодильных маши­нах, работающих до температур 4,2 К и ниже, а также в установках, предназначен­ных для получения жидкого гелия.


Источники информации

1. Hakuraku Y., Ogata H. -J. Appl. Phys., 1985, v. 24, N 11, 1548.

2. Патент США N 5381664, 17 января 1995.

3. Barra A.L., Gatteschi D., Sessoli R. Phys. Rev. B, 1997, v. 56, N 13, 8192.

4. Sessoli R., Tsai H.L., Schake A.R., Wang S., Vincent J.B., Foiling K., Gatteschi D., Christou G., Hendrickson D.N. - J. Am. Chem. Soc., 1993, v. 115, 1804.

5. Goldberg D.P., Caneshi A., Lippard S.J.-J. Am. Chem. Soc., 1993, v. 115, 9299.

6. Pederson M.R., Reuse F., Khanna S.N.

- Phys. Rev. B, v. 58, N 9, 5632.

7. Nayak S.K., Jena P.-Phys. Rev. Lett., 1998, v. 81, N 14, 2970.

8. Kimura H., Numazawa Т., Sato M., Ikeya Т., Fukuda T. - J. Appl. Phys., 1995, v. 77,1.

9. Shull R.D., McMichael R.D., Ritter J.J.

- Nanostructured Mater., 1993, v. 2, 205.



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Рабочее тело магнитной холодильной машины, представляющее собой магнитный порошкообразный материал, отличающееся тем, что в качестве магнитного материала используются суперпарамагнитные полиядер­ные комплексы переходных металлов.

2. Рабочее тело магнитной холодильной машины по п.1, отличающееся тем, что упомянутые полиядерные комплексы содер­жат 3d переходные металлы, такие как Fe, Ni, Mn, Cr, редкоземельные 4f металлы, такие как Nd, Gd, Tb, Tm, или их смеси.


3. Рабочее тело магнитной холодильной машины по п.1, отличающееся тем, что упомянутые полиядерные комплексы пере­ходных металлов используются в свободном виде.

4. Рабочее тело магнитной холодильной машины по п.1, отличающееся тем, что упомянутые полиядерные комплексы пере­ходных металлов нанесены на немагнитные носители, как неорганические (Аl2О3, SiO2 и т.п.), так и полимерные (полиэтилен, тефлон и т.п.).



 

 

Возврат к списку патентов