Nghiên cứu chuyển pha từ và hiệu ứng từ nhiệt lớn của một số hợp kim Heusler và nguội nhanh

Trong thời gian từ năm 2015 đến 2017, nhóm nghiên cứu tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam do PGS.TS. Nguyễn Huy Dân làm chủ nhiệm, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chuyển pha từ và hiệu ứng từ nhiệt lớn của một số hợp kim Heusler và nguội nhanh”.

 

Mục tiêu của nghiên cứu là nhằm nghiên cứu cơ chế chuyển pha từ và hiệu ứng từ nhiệt lớn trên một số hợp kim Heusler (Ni-Mn-Sn, Co-Mn-Si…) và nguội nhanh (Fe-Zr, La-Fe-Si...) nhằm làm sáng tỏ mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất từ của vật liệu và chế tạo được các vật liệu từ nhiệt có khả năng ứng dụng thực tế trong công nghệ làm lạnh bằng từ trường.

Kết quả cụ thể trên các hệ hợp kim Heusler đã được nghiên cứu như sau:

- Hệ hợp kim Ni50Mn50-xSbx có biến thiên entropy từ và khả năng làm lạnh từ cực đại lần lượt là 1,02 J.kg-1.K-1 và 51 J.kg-1 với ΔH = 12 kOe. Hệ hợp kim Ni50-xCuxMn37Sn13 tồn tại cả hiệu ứng từ nhiệt thường (CMCE) và hiệu ứng từ nhiệt ngược (IMCE). IMCE có giá trị rất lớn, > 5 J.kg-1.K-1 với ΔH = 12 kOe. CMCE cũng đạt giá trị > 1 J.kg-1.K-1 ở xung quanh nhiệt độ phòng. Giá trị RC thu được là 55,3 J.kg-1.

- Với các băng hợp kim Heusler nền Ni-Mn-Z (Z = Sn, Al) việc thay thế một phần Co cho Ni có ảnh hưởng mạnh tới tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hệ. Với nồng độ Co thay đổi, trên các hệ này xuất hiện hai chuyển pha từ cho cả hiệu ứng từ nhiệt âm và dương với biến thiên entropy từ lớn tại lân cận vùng nhiệt độ phòng. Với mẫu Ni44Co6Mn32Al18 giá trị ΔSm cực đại (với ΔH = 12 kOe) đạt xấp xỉ 0,57 và - 0,6 J.kg-1.K-1 tương ứng lần lượt với hiệu ứng từ nhiệt âm và dương.

- Đã chế tạo được các băng vô định hình của hệ vật liệu Fe-M-Zr (M = Ni, Co, Gd, Dy). Hệ hợp kim Fe-Co-Zr có giá trị |ΔSM|max > 1 J.kg-1.K-1 và RC > 100 J.kg-1 còn hệ hợp kim Fe90-xGdxZr10 có RC ~ 90 J.kg-1 ở nhiệt độ phòng (trong biến thiên từ trường 12 kOe).

Nhóm nghiên cứu đã thu được một số kết quả nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn tốt về cấu trúc, tính chất từ, quá trình chuyển pha và hiệu ứng từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim Heusler (Ni,Co)-Mn-(Sn,Sb,Al) ở dạng khối và băng mỏng. Hợp phần và điều kiện chế tạo ảnh hưởng rất rõ rệt lên cấu trúc và tính chất của hợp kim. Chuyển pha cấu trúc Martensite-Austenite chỉ thu được trong một dải nồng độ hẹp của các thành phần. Chuyển pha này có thể được điều chỉnh (nhiệt độ và biên độ của chuyển pha) bằng tốc độ làm nguội hợp kim,chế độ ủ nhiệt và sự thay thế một phần của các kim loại khác (Co, Ag, Pr…). Hiệu ứng từ nhiệt lớn đã thu được ở lân cận các chuyển pha từ, đặc biệt là hiệu ứng từ nhiệt âm ở chuyển pha từ bậc nhất, cho thấy khả năng ứng dụng của hệ hợp kim này trong công nghệ làm lạnh bằng từ trường.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 13524/2017) tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.T.T (NASATI)