高効率な磁気熱量材料の研究

• 研究課題/領域番号: 10F00060
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 外国
• 研究分野: 応用物理学一般
• 研究機関: 富山大学
• 研究代表者: 西村 克彦 富山大学, 大学院・理工学研究部(工学), 教授
• 研究分担者: LI Lingwei 富山大学, 大学院・理工学研究部(工学), 外国人特別研究員
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 2,000千円 (直接経費: 2,000千円); 2012年度: 500千円 (直接経費: 500千円); 2011年度: 900千円 (直接経費: 900千円); 2010年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
• キーワード: 磁気熱量効果 / 蓄冷材 / 希土類化合物

研究概要

磁気冷凍システムでは、磁場が大きいほど大きな温度変化を得ることができる。2Tより大きな磁場を印加する場合には、一般的に超伝導電磁石が必要になり、そのため液体ヘリウムを必要する。磁気冷凍システムに使用する磁性体は、低磁場で大きな磁気熱量効果を示すことに加えて、温度ヒステリシス及び磁場ヒステリシスが小さいことが望ましい。
三元金属間化合物ErCr2Si2及びErMn2Si2が、低磁場において温度ヒステリシス及び磁場ヒステリシス無しに大きな磁気エントロピー変化を示すことを見いだし、本物質を磁気冷凍システムの磁性材料として利用することを考えついた。これらの磁気熱量材料は、2T程度の小さな磁場でも大きな磁気熱量効果を持つため、超伝導電磁石を用いずに十分な磁気冷凍効果を発揮することが出来る。すなわち、磁性材料にErCr2Si2及びErMn2Si2を利用した磁気冷凍装置を、クライオクーラーと組み合わせることにより、ヘリウム使用量を極低減化し、1～5Kという極低温を生成することができる。しかし、磁気熱量材料ErCr2Si2とErMn2Si2の冷凍性能を十分引き出すためには、装置の性能を充分に引き出すためのデザイン設計が必要であり、特に磁気熱量材料の形状と熱伝導の関連を実験的に計測することにより、最適な設計パラメータを見出す実験を実施した。

研究成果

• [雑誌論文] Low field giant magnetocaloric effect in RNiBC (R = Er and Gd) and enhanced refrigerant capacity in its composite materials (2012)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, M. Kadonaga, D. Huo, Z. Qian, T. Namiki, and K. Nishimura
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 101 号: 12 ページ: 122401-122401
  • DOI: 10.1063/1.4752738
  • 査読あり
• [雑誌論文] Pressure Effects on Magnetic and Magnetocaloric Properties of GdCo_2B_2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, G Hu, I. Umehara, D. Huo, T. Namiki, and K. Nishimura
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 81 号: 7 ページ: 73701-73703
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.073701
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant reversible magnetocaloric effect in ErMn2Si2 compound with a second order magnetic phase transition (2012)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, K. Nishimura, W. D. Hutchison, Z. Qian, D. Huo and T. Namiki
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 100 号: 15
  • DOI: 10.1063/1.4704155
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetocaloric effect in metamagnetic borocarbide DyNi2-xAxB2C(A =Co and Cr) compounds (2012)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, H. Fan, S. Matsui, D. Huo, and K. Nishimura
  • 雑誌名: J. Alloys Compd 巻: 529 ページ: 25-28
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low-field giant reversible magnetocaloric effect in intermetallic compound ErCr2Si2 (2012)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, Wayne D. Hutchison, Dexuan Huo, Takahiro Namiki, Zhenghong Qian, Katsuhiko Nishimura
  • 雑誌名: Scripta Materialia 巻: 67 号: 3 ページ: 237-240
  • DOI: 10.1016/j.scriptamat.2012.04.028
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of the magnetic properties and magnetocaloric effect in RCo2B2 : (R=Tb, Dy and Ho) compounds (2012)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, K.Nishimura, Gou Usui, Dexuan Huo, Zhenghong Qian
  • 雑誌名: Intermetallics 巻: 23 ページ: 101-105
  • DOI: 10.1016/j.intermet.2011.12.002
  • 査読あり
• [雑誌論文] Study of the magnetic transition and large magnetocaloric effect in DyCo_3B_2 (2011)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, H.Igawa, K.Nishimura, Dexuan Huo
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 109 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.3572060
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant magnetocaloric effect in antiferromagnetic borocarbide superconductor RNi_2B_2C (R=Dy, Ho, and Er) compounds (2011)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, K.Nishimura, M.Kadonaga, Zhenghong Qian, Dexuan Huo
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 110 号: 4
  • DOI: 10.1063/1.3625250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large Magnetic Entropy Change in Dy_<1-x>Ho_xNi_2B_2C (x=0-1) Superconductors (2011)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, K.Nishimura, Dexuan Huo, M.Kadonaga, T.Namiki, Zhenghong Qian
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 巻: 4 号: 9 ページ: 093101-093101
  • DOI: 10.1143/apex.4.093101
  • NAID: 10029622525
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Fe substitution on magnetic and magnetocaloric effect in Gd(Co_<1-x>Fe_x)_2B_2 compounds (2011)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li, Y.Nishimura, Dexuan Huo, Zhenghong Qian, K.Nishimura
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 110 号: 8
  • DOI: 10.1063/1.3654013
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large magnetocaloric effect in TbCo_3B_2 compound (2011)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li
  • 雑誌名: Journal of Alloys and Compounds 巻: 509 ページ: 1796-1799
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Tm substitution for Dy on superconductivity and magnetism in antiferromagnetic borocarbide superconductor Dy_<1-x>Tm_xNi_2B_2C (2010)
  • 著者名/発表者名: Lingwei Li
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 81
  • 査読あり
• [学会発表] Magnetocaloric effect of RCo3B2 (R=Gd, Tb, Dy) (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroto Igawa
  • 学会等名: 5th Japanese-China-Norway Cooperative Symposium on Nanostructure of Advanced Materials and Nanotechnology
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2010-09-12
• [産業財産権] 磁気冷凍材料、蓄冷材料及びそれを用いた磁気冷凍システム (2012)
  • 発明者名: 西村克彦, 李領偉, 石川義和
  • 権利者名: 富山大学
  • 産業財産権番号: 2012-056485
  • 出願年月日: 2012-03-14