亚铁磁性氧化物在降低温度时表现出量热效应

的一个研究小组 发现，具有钙钛矿结构的亚铁磁性氧化物在磁场和压力下会发生相变，表现出降低温度的量热效应那个时候。。

【技术概要】

 

京都大学化学研究所国际元素科学研究中心岛川实验室与日本原子能机构、日本同步辐射研究中心（Spring-8）、国家先进工业科学技术研究所和马克斯普朗克研究所合作固态研究. 因此，具有电荷跃迁的钙钛矿结构亚铁磁氧化物（BiCu3Cr4O12）在施加磁场和压力时表现出大的热效应（多热效应），是一种新型固态热控制材料，可实现高效的热控制。事实证明。

 

高效控制热量的技术之一是热效应。已知的热效应包括通过施加压力来控制吸热和发热的压力热效应、通过施加磁场来控制热特性的磁热效应以及通过电压控制热特性的电热效应。在压力热量效应中，可以通过施加压力来存储和取出热量，并且可以通过将其用作热泵来进行冷却等温度控制。特别是，使用固体热效应材料的冷却比传统的气体压缩冷却更有效，可以使设备小型化，并且不需要氯氟烃作为制冷剂，从而减少对环境的影响。

 

【该技术的基本原理】

 

此次，联合研究团队通过电荷、自旋（磁性）和晶格的强耦合，开发出亚铁磁性（注1）作为一种多热效应材料，可以在固态下吸收和释放大量热量，并且可以我们专注于钙钛矿结构氧化物 BiCu3Cr4O12，如图 1 所示。根据 SPring-8（注 2）和大型同步辐射装置 BL02B2 的同步辐射 X 射线衍射实验的结果，该材料表现出一阶跃迁（转变为液体或气体）发生。

 

在这一转变的同时，BiCu3Cr4O12 中的铜（Cu）和铬（Cr）的磁矩排列从而表现出亚铁磁性，并且磁熵（注3）发生了显着变化（28.2JK-1kg-1）。因此，在相变温度附近，发生了可以通过施加磁场来改变这种熵的磁热效应，而这种固体热效应材料可以通过施加磁场来储存和提取热量。

 

预计通过施加 50 kOe 的磁场可以实现约 3.9 K 的绝热温度变化。另一方面，这种材料与NdCu3Fe4O12一样，也可以通过施加压力来改变相变，并表现出压力量热效应，即通过施加4.9 kbar（490 MPa）的压力引起约4.8 K的绝热温度变化。换句话说，证明了可以通过多种（=多种）技术（例如磁场和压力）有效地控制热量。

 

 

【这项技术的特点】

 

・发现通过同时施加磁场和压力，这种材料可以在仅使用外部磁场、磁场和压力之一无法实现的条件下有效地控制热量。

・有可能通过同时添加两个外部磁场来消除实际存在的滞后损耗等特性。

・通过这种方式，提出了使用可通过多种方法控制热量的材料来设计高效固态热量效应材料的新开发指南。

・这次发现的BiCu3Cr4O12的多热量效应的热控制在190K左右是最有效的，但考虑到液化天然气的运输和储存以及氢利用社会的到来，氢的使用是可能的要在较低的温度下使用，冷却技术的发展是必要的。