海南制冷材料——光用水就可以制冷？新金屬材料，磁制冷材料的強大

空調、電扇、冰箱……這些電器我們並不陌生，炎炎夏日，正是它們帶給我們便利。可我們在享受便利重視其優點的同時，往往忽視了其帶來的環境汙染。傳統的空調、冰箱等一般都是用氟利昂制冷，氟利昂是一種鹵代化合物，如果氣象條件滿足，在強烈的陽光直射下氟利昂會產生解離，釋放氯離子（Cl+O3→CIO+O,CIO+O3→C1+O2）。是造成地球臭氧層空洞的罪魁禍首，也會帶來溫室效應。為了保護我們的地球，科研人員們不懈地努力，終於在新金屬材料中找到一種可能代替氟利昂的材料——磁制冷材料。今天我們將從兩個方面來介紹磁制冷材料，一是新金屬材料與磁制冷技術，二是磁制冷材料的選擇與現階段磁制冷材料的研究成果。

新金屬材料與磁制冷技術

在了解磁制冷材料之前，讓我們先來了解一下新金屬材料。一般所謂的新金屬材料都是合金，比如一些目前備受關註且火爆的記憶合金材料，它雖然形狀發生了改變，但加熱後就可以復原，這樣就形成了"記憶"的效果；又比如正在研制的磁制冷材料，它則利用目前比較先進的磁制冷技術，也就是通過磁熱效應來制冷，憑借水等無害媒介，達到有效的制冷效果，以取代現在的氟利昂制冷等。新金屬材料的研究在我國頗受重視，在各所高校中都有其專門的實驗室，以北京為最，可見其重要程度。當然，新金屬材料的種類繁多，今天我們主要說的是磁制冷材料。磁制冷材料，簡單來說就是利用磁熱效應以達到制冷目的的材料。說到磁制冷材料，有小夥伴可能就有疑問了，磁制冷材料和磁制冷技術有什麽關系嗎？當然有關。

制冷技術有很多，其中包括磁制冷技術，在當今社會倡導綠色環保的大條件下，具有極其強大的發展潛力。又因為其具有耗能小、易便攜壽命長等優點，在應用時備受關註和寵愛。作為磁制冷技術的核心，磁制冷材料的性能直接影響到磁制冷技術。

制冷系統的工作原理

通過上圖大家可以很清楚地看到，其實我們生活中所用到的制冷系統從理論上來說是很簡單的，系統運作的核心就在冷凝器上。傳統的冷凝器我們一般用的是氟利昂制冷，自發現氟利昂會帶來嚴重的環境問題之後，科學家們就開始積極尋找可代替氟利昂的產品，因此，磁制冷材料以及磁制冷技術孕育而生。磁制冷技術作為一項新興並且綠色的制冷技術，和傳統的壓縮技術相比，環境汙染很小甚至沒有、可以光用水做傳熱介質、高效節能，效率非常高，可利用的能量循環效率達30％至60％，而我們傳統的氣體壓縮制冷，一般僅為5％至10％。易於小型化、穩定可靠、無需壓縮機、噪音小、壽命長、易於維修等眾多優點。由此可見，與傳統氣體或液體壓縮制冷系統相比，磁制冷技術具有非常明顯的優越性，它值得被大力發展。而作為磁制冷技術的核心——磁制冷材料的研究，更是重中之重。

磁制冷材料的選擇與現階段磁制冷材料的研究成果

同樣，在上圖中我們也可以很清楚地看到磁制冷技術工作的原理從理論來說是比較簡單的，示意圖也是十分清晰明了。所以關鍵還是磁制冷材料的選擇和研究，有了適合的理論，還要有適合的材料。研究磁制冷材料必定先要研究磁性物質，磁性物質就是經過磁場作用產生磁性的物質，分為很多類，而計算他們的單位就是熵，而總熵，是由晶格熵、磁熵和電子熵這塊動態變化的三者構成的。在制冷之中，系統的制冷能力到底有多大完全取決於磁熵的變化，而與晶格熵和電子熵無關。要知道系統的實際熵變是在溫度極低的條件下，而在室溫的條件下，熵體的降溫能力有所減低，這時，制冷的磁熵就發揮了它重要的作用。因此，磁熵大，晶格熵和電子熵小是室溫熵變下的最好選擇。

我國規定的相關磁性材料及其分類性質

根據磁性產生機理的不同，可將目前幾種典型的磁制冷材料分為4類：(1)中稀土材料；(2)類鈣、钛礦型錳氧化物材料；(3)過渡組中的金屬基材料，(4) 新型材料Heusler 型鐵磁性材料，如NiMn2X(X = Ga，In，Sn)等。

其中，重稀土材料是最早開始研究並且應用較為廣泛的材料。類鈣钛礦型錳氧化物雖然其成本低、渦流小，但因熵變較小目前仍處於不斷開發研究階段。過渡族金屬基材料也是成本低、耗能小，但其太過依靠Ge，狀態不穩定，如果能有效解決這個問題，將會有很大的發展前景。Heusler型鐵磁性材料是最近才被學者們發現的，屬於新型磁制冷材料，目前正在研究中。

磁制冷材料真的是當代新材料研究中重大的發現。由於本身就是固體，工作中的理論原理相對簡單，而且僅僅依靠水作為媒介就可以實現制冷，不僅避免了環境汙染問題，實現了綠色環保，其耗能小、體積小、壽命長、易維修等特點也讓它成為不少電器中的寵兒。我國對於磁制冷材料還在努力研究中，正在把維持磁制冷材料的熵變、控制器性能保證穩定、減少其制造成本等作為幾個主要努力攻克的問題，相信不用多久就會有更好的磁制冷材料出現，而我們也可以在不破壞環境的情況下更多地享受新技術磁制冷技術帶來的便利。

                        ——海南保溫材料,海南隔熱材料,海南制冷材料