熱磁發(fā)電發(fā)電機模型設(shè)計與熱磁發(fā)電材料性能研究.pdf

1、一級相變MnFeP1-xAsx系列化合物以其巨磁熱效應(yīng)、橫跨室溫的制冷溫區(qū)，引起了制冷企業(yè)與科學(xué)家的普遍關(guān)注。但有毒元素As的加入，使得人們對該系列材料能否成為環(huán)保型磁制冷工質(zhì)產(chǎn)生了擔(dān)憂。所以在近十年的研究中，As逐漸被Ge和Si替代。Si是目前替代As最廉價，也是地球上含量僅次于氧的豐富元素。
　　一級相變材料不僅可以用于磁制冷，也可以用于熱磁發(fā)電。本文報道了一級相變MnFe(P,Si)系列化合物的制備方法、結(jié)構(gòu)表征、磁熱效應(yīng)和

2、熱磁發(fā)電性能。實驗結(jié)果表明，用機械合金技術(shù)和固相燒結(jié)合成方法制備的MnFe(P,Si)系列化合物，成相良好，均形成了主相為Fe2P的六角晶體結(jié)構(gòu)，空間群為P62m。雜相為少量的(Mn，F(xiàn)e)3Si。
　　一級相變材料顯著特征是存在熱滯后現(xiàn)象。為了降低磁制冷循環(huán)中熱損耗，實驗中利用少量V元素去替代Mn1.3Fe0.7P0.45Si0.55中的Fe。實驗結(jié)果表明，Mn1.3Fe0.7-xVxP0.45Si0.55(x=0，0.05，0

3、.10，0.15)系列化合物的居里溫度隨著V含量的變化而連續(xù)可調(diào)。雖然對熱滯沒有明顯影響，但從等溫磁熵變的曲線可以看出，曲線的半峰寬隨著V含量的增加而逐漸增大，可以提高磁工質(zhì)工作溫區(qū)的連續(xù)性。
　　本文重點研究了居里溫度分布在340K左右的化合物的熱磁發(fā)電性能。在前人研究的基礎(chǔ)上，制備出了Mn1.1Fe0.8PxSi1-x系列化合物，其中x=0.4，0.42，0.44，0.46。實驗結(jié)果表明，該系列化合物成相良好，晶格常數(shù)a，晶胞

4、體積V和居里溫度(Tc)均隨著x的增加而降低，但是磁熵變（-△Sm）隨著x的增加而增大。在1.5T變化的磁場下，當P的含量為0.46時，化合物在1.5T變化的磁場下的最大磁熵變?yōu)?8.4J/(kg·K)。在實驗中，將x=0.46時對應(yīng)的化合物Mn1.1Fe0.8P0.46Si0.54用于熱磁發(fā)電，結(jié)果顯示，熱磁發(fā)電電流的最大值可達1.38mA/kg。
　　科學(xué)地設(shè)計熱磁發(fā)電演示裝置是實現(xiàn)熱磁發(fā)電的重要組成部分。實驗中使用的裝置主要

5、由三部分組成:外加磁場（主要是電磁鐵和永磁鐵的配合）、自制感應(yīng)線圈(繞制的線圈匝數(shù)分別為1000，1500，2000，2500，3000)和冷熱循環(huán)系統(tǒng)（熱水和冷水的轉(zhuǎn)換）。線圈中放有的熱磁材料，在驅(qū)動磁鐵的作用下被磁化后，通過冷熱水交換使其發(fā)生驟冷驟熱的變化，來達到順磁態(tài)和鐵磁態(tài)的互相轉(zhuǎn)變，從而引起外部感應(yīng)線圈磁通量的變化，產(chǎn)生感應(yīng)電流，并將讀數(shù)顯示在電流表上。我們將實驗分為兩組，首先測試了同匝數(shù)同磁場不同質(zhì)量化合物的熱磁發(fā)電性能;其