面向氢液化的轻稀土 Laves 相磁热材料设计
材料科学
2023-04-20 v4
摘要
磁热氢液化可能是液氢产业的“游戏规则改变者”。尽管重稀土基磁热材料在氢液化所需温区（77 ~ 20 K）表现出强磁热效应，但重稀土元素的高资源关键性是该新兴液化技术放量的主要障碍。相比之下，轻稀土元素丰度更高，使其合金对磁热氢液化极具吸引力。通过平均场方法证明，将理想轻稀土基磁热材料的居里温度（）向更低低温调控，可带来更大的最大磁熵变和绝热温变（ 和 ）。尤其在氢冷凝点（20 K）附近，优化后轻稀土基材料的 和 预计呈现显著大值。遵循平均场方法并考虑轻稀土元素的化学与物理相似性，提出一种面向氢液化的轻稀土金属间化合物设计方法：通过混合具有不同 de Gennes 因子的轻稀土元素，将稀土合金的 调至接近 20 K。通过在 Laves 相 中混合 Nd 与 Pr，以及在 Laves 相 中混合 Pr 与 Ce，开发出具有大磁热效应、覆盖氢液化所需温区的全轻稀土金属间化合物系列，其最大效应可与重稀土化合物 竞争。
引用
@article{arxiv.2301.12773,
title = {Designing magnetocaloric materials for hydrogen liquefaction with light rare-earth Laves phases},
author = {Wei Liu and Tino Gottschall and Franziska Scheibel and Eduard Bykov and Nuno Fortunato and Alex Aubert and Hongbin Zhang and Konstantin Skokov and Oliver Gutfleisch},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.12773},
year = {2023}
}