Efecto magnetocalórico en materiales con transicion de segundo orden

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Efecto magnetocalórico en materiales con transicion de segundo orden

  1. 1. EFECTO MAGNETOCALÓRICO EN MATERIALES CON TRANSICIÓN DE SEGUNDO ORDEN PABLO ALVAREZ ALONSO DEPARTAMENTO DE FISICA UNIVERSIDAD DE OVIEDO
  2. 2. CONTENIDOS 1- INTRODUCCION AL EFECTO MAGNETOCALORICO (EMC) 2- REFRIGERACION MAGNETICA (RM) 3- ESTUDIOS REALIZADOS SOBRE MATERIALES CON ALTA CAPACIDAD REFRIGERANTE (RCP) 3.1- CINTAS AMORFAS EN EL SISTEMA FeZrBCu 3.2- INTERMETALICOS CRISTALINOS Y NANOCRISTALINOS R2Fe17 (R=Pr, Nd, Er) 4- CONCLUSIONES
  3. 3. INTRODUCCION - el EMC 72 70 Gd From CP(T)H=50 kOe H=0-50 kOe 68 From CP(T)H=0 Tad, C 64 62 2.0 Tc From M(H)T 1.6 SM (J/mol K) S (J/mol K) 66 60 58 1.2 0.8 0.4 56 0.0 220 240 260 280 300 320 Temperature (K) 54 220 240 260 280 300 320 Temperature (K) P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  4. 4. INTRODUCCION - la Prehistoria Ann. Phys. Chem., vol. 13, 141-164 (1881) Ann. Physik, vol. 81, 1154-1160 (1926) P. Álvarez J. Amer. Chem. Soc.,vol.49, 1864-1870 (1927) 9 de Marzo, 2011
  5. 5. INTRODUCCION – descubrimiento EMC gigante P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  6. 6. INTRODUCCION – ecuaciones importantes Paramagnetic response M near saturation 0 50 100 150 200 250 MCE (arb. units) M (arb. units) GdAl2 Cambio isotérmico de la entropía magnética  M(T,H) S M (T,H )     dH T  H H1  H2 300 Temperature (K)  T M (T , H )   dH Tad (T , H )     C   T H H1  P H2 Cambio adiabático de la temperatura P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  7. 7. REFRIGERACION MAGNETICA- principio P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  8. 8. REFRIGERACION MAGNETICA- RM vs RC P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  9. 9. REFRIGERACION MAGNETICA- ventajas  Mayor eficiencia energética    Tecnología más respetuosa con el medio ambiente     20-30% más eficiente que la refrigeración tradicional Reducción en el consumo de combustibles fósiles Menos emisión de CO2 No emisiones directas al medio ambiente (no CFC’s, no HFC’s) Uso de fluidos limpios para el intercambio de calor (agua, anticongelantes) Máquinas de construcción simple  No vibraciones ni ruidos  Coste de mantenimiento bajo P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  10. 10. REFRIGERACION MAGNETICA- aplicaciones  Consumidor       Aire acondicionado Dehumidificadores Neveras Cavas refriadoras Refrigeración motores Comercial     Máquinas de vending Enfriamiento de bebidas Cámaras frigoríficas Vitrinas y expositores P. Álvarez  Electrónica   Medicina    Refrigeración activa de circuitos electrónicos Neveras portátiles Imágenes de resonancia magnética Ciencia   Licuefacción de H, He, Ni Refrigeración criogénica 9 de Marzo, 2011
  11. 11. INTRODUCCION – optimización del EMC ¿Cómo optimizar el EMC ? (a) ΔH elevado (b) Elevado M T (c) Elevado RCP (d) TC en el intervalo de trabajo (e) Baja CP P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  12. 12. INTRODUCCION – optimización del EMC 20 ¿Cómo optimizar el MCE ? GdPolycrystalline Gd policristalino (a) ΔH elevado (b) Elevado M T (c) Elevado RCP (d) TC en el intervalo de trabajo Magnetocalori effect, T (K) 18 T=TC 16 14 12 10 Pulsed field Quasi-static field Heat capacity 8 6 4 2 (e) Baja CP T=90 K 0 0 2 4 6 8 10 Magnetic field (T) P. Álvarez 9 de Marzo, 2011 12
  13. 13. INTRODUCCION – optimización del EMC ¿Cómo optimizar el MCE ? (a) ΔH elevado (b) Elevado M T (c) Elevado RCP (d) TC en el intervalo de trabajo (e) Baja CP P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  14. 14. INTRODUCCION – optimización del EMC ¿Cómo optimizar el MCE ? RCP-1 (a) ΔH elevado (b) Elevado M T (c) Elevado RCP (d) TC en el intervalo de trabajo RCP-2 RCP-3 (e) Baja CP P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  15. 15. INTRODUCCION – optimización del EMC ¿Cómo optimizar el MCE ? 16 Pulse field Data from ref. 6 Data from ref. 5 Data from ref. 9 (b) Elevado M T (c) Elevado RCP (d) TC en el intervalo de trabajo (e) Baja CP Magnetocaloric effect, T(K) (a) ΔH elevado 12 H = 50 kOe 8 TC = 300 K 4 Gd policristalino 0 200 250 300 Temperature (K) Polycrystalline Gd B=7.5 Tesla P. Álvarez 9 de Marzo, 2011 350
  16. 16. CINTAS AMORFAS EN EL SISTEMA FeZrBCu Fe91Zr7B2 (B2), Fe88Zr8B4 (B4), Fe87Zr6B6Cu1 (B6) P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  17. 17. CINTAS AMORFAS EN EL SISTEMA FeZrBCu Momento por atomo: 1.7 mB P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  18. 18. CINTAS AMORFAS EN EL SISTEMA FeZrBCu P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  19. 19. CINTAS AMORFAS EN EL SISTEMA FeZrBCu P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  20. 20. INTERMETALICOS R2Fe17 (R=Pr, Nd, Er) Hexagonal Romboédricos Grupo espacial : P63/mmc Grupo espacial: R-3M Estructura cristalina : Th2Ni17 Estructura cristalina: Th2Zn17 Y Ce Pr Nd Sm Gd Tb P. Álvarez Y Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 9 de Marzo, 2011
  21. 21. INTERMETALICOS R2Fe17 (R=Pr, Nd, Er) Nd2Fe17 BM-10h Nd2Fe17 Bulk Nd2Fe17 BM-10h Nd2Fe17 BM-20h Nd2Fe17 BM-40h P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  22. 22. INTERMETALICOS R2Fe17 (R=Pr, Nd, Er) La estructura Th2Zn17 se mantiene tras la molienda Descenso de la intensidad de los picos de difracción Ensanchamiento de las reflexiones de Bragg Momentos magnéticos situados en el plano de la celda Pr2Fe17 X-ray diffraction P. Álvarez Neutron diffraction 9 de Marzo, 2011
  23. 23. INTERMETALICOS R2Fe17 (R=Pr, Nd, Er) P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  24. 24. INTERMETALICOS R2Fe17 (R=Pr, Nd, Er) Er2Fe17 P. Álvarez Nd2Fe17 9 de Marzo, 2011
  25. 25. INTERMETALICOS R2Fe17 (R=Pr, Nd, Er) P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  26. 26. CONCLUSIONES ¿Con qué me quedo? - El EMC es la variación de la entropía o de la temperatura al variar el campo magnético. - El EMC tiene potencial para refrigeración a temperatura ambiente - Tener un elevado SM y Tad, a la vez que un elevado RCP. - Los materiales con transición de segundo orden tienen un RCP elevado junto con anchuras de SM(T,H) hasta de 200 K para H = 50 kOe
  27. 27. GRACIAS POR SU ATENCION
  28. 28. ANEXOS
  29. 29. INTRODUCCION 46oC 1976 Brown (NASA) Campo: 7 T Material magnético: Gd. -1oC G.V. Brown, J. Appl. Phys., vol. 47, 3673 (1976) Fall 2001 Astronautics Imán permanente: 1.4 T P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  30. 30. AMORFOS: FeZrB P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  31. 31. Difracción de polvo Neutrones  = 2.52 Å 2θ = *200, 1000] Δθ = 0.20 T = [5 K, 820 K] ΔT = 2 K/min D1B  = 1.594 Å D2B P. Álvarez 2θ = *50, 1600] Δθ = 0.050 T = 300 K 9 de Marzo, 2011
  32. 32. - Elevada penetración en la muestra Ventajas neutrones - Distinguen isotopos vs. XR - Neutrones tienen momento (Magnetismo) - El factor de dispersión es ~ constante P. Álvarez 9 de Marzo, 2011
  33. 33. - Distingue mejor las capas superficiales Ventajas XR vs. - Menor masa de las muestras Neutrones - Alta intensidad (ESRF: 1024 s-1.m-2 ; ILL: 1011 s-1.m-2) - Mayor resolución energías - Laboratorio Fuentes de XR Fuentes de neutrones P. Álvarez - Sincrotrón - Spallation - Reactor 9 de Marzo, 2011
  34. 34. INTERMETALICOS CRISTALINOS Y NANOCRISTALINOS R2Fe17 (R=Pr, Nd, Er) Masivos fabricados mediante horno de arco eléctrico: MAM-1 (Edmund Bühler GmbH) Fusión de los elementos varias veces Pr2Fe17 y Nd2Fe17 BM preparadas mediante molienda mecánica: high-energy planetary ball mill (Retsch PM/400) Relación masa de bolas - muestra = 8:1 Tiempo de molienda = 10, 20 y 40 h 5 min clockwise - 5 min anticlockwise – 5 min pausa P. Álvarez 9 de Marzo, 2011

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