【中國(guó)制冷網(wǎng)】“我們研究的最大成果，就是攻克了稀土基磁制冷材料的批量生產(chǎn)，讓水等環(huán)保介質(zhì)換熱，而完全擯棄氟利昂制冷劑成了可能。”日前，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員劉劍在采訪中告訴記者，由其領(lǐng)銜的浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目正式結(jié)題，課題組完成了“鑭鐵硅合金的定向凝固組織控制和磁制冷性能研究”，讓磁制冷技術(shù)產(chǎn)業(yè)化更近了一步。

　　解決批量生產(chǎn)難題

　　有望讓用了近一個(gè)世紀(jì)的氟利昂“退休”

　　近年來，可持續(xù)發(fā)展對(duì)傳統(tǒng)蒸汽壓縮式制冷技術(shù)在環(huán)保、能效等方面提出了更高要求，發(fā)展環(huán)境友好、節(jié)能高效的新型制冷技術(shù)成為有效的解決手段之一。

　　于是，科學(xué)家受到磁熱效應(yīng)——一種變化磁場(chǎng)下磁性材料磁矩有序度發(fā)生變化而導(dǎo)致的熱現(xiàn)象的啟發(fā)，提出了替代傳統(tǒng)制冷劑氟利昂的新型制冷技術(shù)。其原理，是在磁性材料被磁化時(shí)，磁矩有序度增加，磁熵減小，溫度上升，向外界放出熱量；退磁時(shí)，磁性材料磁矩有序度減少，磁熵增加，溫度下降，自外界吸收熱量。

　　然而，在研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的磁制冷材料，因其本身脆弱等原因，給制備帶來了很大難度，“往往在制成片的過程中，磁制冷材料就會(huì)發(fā)生斷裂”，劉劍介紹說，在浙江省自然科學(xué)基金的支持下，課題組圍繞“脆”的問題展開了研究，提出了鑭鐵硅合金與高導(dǎo)熱、高韌性金屬共混制備的新型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的課題。

　　經(jīng)過數(shù)以百次的實(shí)驗(yàn)和改性，截至項(xiàng)目結(jié)題，課題組在凝固制備方法，成分和組織調(diào)控，以及制冷新概念的構(gòu)建上，都有所創(chuàng)新，在磁制冷材料的應(yīng)用上取得突破，為磁制冷材料大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化帶來了希望。

　　高性能金屬基磁制冷復(fù)合材料

　　浙江省基金成“敲門磚”

　　項(xiàng)目后續(xù)成果接軌企業(yè)應(yīng)用

　　在完成浙江省基金項(xiàng)目結(jié)題后，劉劍也在此基礎(chǔ)上申請(qǐng)了磁制冷材料基因工程的國(guó)家項(xiàng)目，與其他研究員一起籌建和領(lǐng)導(dǎo)稀土磁性工程材料實(shí)驗(yàn)室，圍繞稀土永磁、稀土磁性制冷材料、稀土磁性納米材料展開進(jìn)一步研究。

　　“省基金既是青年科學(xué)家的‘第一桶金’，也是‘敲門磚’。”談及浙江省自然科學(xué)基金的支持，劉劍認(rèn)為，省基金的支持是青年科學(xué)家起步的“第一桶金”，不少青年科學(xué)家在獲得了省基金的支持后，研究成果有了延伸，并進(jìn)一步得到國(guó)家基金等的支持。

　　不僅如此，劉劍課題組還積極接軌企業(yè)，先后與橫店東磁、海爾集團(tuán)等達(dá)成合作，圍繞稀土磁制冷材料的產(chǎn)業(yè)化做起“文章”。“據(jù)我們了解，目前國(guó)內(nèi)企業(yè)也開始布局磁制冷材料冰箱等，但是磁制冷材料受制于國(guó)外。”在與企業(yè)的接觸過程中，劉劍敏銳的發(fā)現(xiàn)了市場(chǎng)痛點(diǎn)：國(guó)外材料價(jià)格高昂，性能指標(biāo)波動(dòng)大。

　　圍繞磁制冷材料關(guān)鍵指標(biāo)，劉劍課題組在“鑭鐵硅合金的定向凝固組織控制和磁制冷性能研究”項(xiàng)目基礎(chǔ)上，積極引入材料基因工程手段，利用其高通量、大批量一次性制備的優(yōu)點(diǎn)，在短時(shí)間內(nèi)積累了大量材料結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，從而制備出了性能優(yōu)于國(guó)外同類的磁制冷材料。

　　“在溫區(qū)變化上，我們制備材料能夠準(zhǔn)確控制在1K（開爾文）以內(nèi)，遠(yuǎn)優(yōu)于國(guó)外3K（開爾文）的指標(biāo)。”劉劍告訴記者，課題組制備的磁制冷材料，在溫度變化、溫區(qū)控制、溫度跨度三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)上均優(yōu)于國(guó)外同類材料，而價(jià)格僅為國(guó)外產(chǎn)品的十分之一，受到了企業(yè)的高度關(guān)注。