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“我们研究的最大成果，就是攻克了稀土基磁制冷材料的批量生产，让水等环保介质换热，而完全摈弃氟利昂制冷剂成了可能。”日前，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员刘剑在采访中告诉记者，由其领衔的浙江省自然科学基金项目正式结题，课题组完成了“镧铁硅合金的定向凝固组织控制和磁制冷性能研究”，让磁制冷技术产业化更近了一步。
解决批量生产难题 有望让用了近一个世纪的氟利昂“退休”
近年来，可持续发展对传统蒸汽压缩式制冷技术在环保、能效等方面提出了更高要求，发展环境友好、节能高效的新型制冷技术成为有效的解决手段之一。
于是，科学家受到磁热效应——一种变化磁场下磁性材料磁矩有序度发生变化而导致的热现象的启发，提出了替代传统制冷剂氟利昂的新型制冷技术。其原理，是在磁性材料被磁化时，磁矩有序度增加，磁熵减小，温度上升，向外界放出热量；退磁时，磁性材料磁矩有序度减少，磁熵增加，温度下降，自外界吸收热量。
然而，在研究中，科学家们发现，传统的磁制冷材料，因其本身脆弱等原因，给制备带来了很大难度，“往往在制成片的过程中，磁制冷材料就会发生断裂”，刘剑介绍说，在浙江省自然科学基金的支持下，课题组围绕“脆”的问题展开了研究，提出了镧铁硅合金与高导热、高韧性金属共混制备的新型复合材料结构的课题。
经过数以百次的实验和改性，截至项目结题，课题组在凝固制备方法，成分和组织调控，以及制冷新概念的构建上，都有所创新，在磁制冷材料的应用上取得突破，为磁制冷材料大规模产业化带来了希望。
省基金成“敲门砖” 项目后续成果接轨企业应用
在完成省基金项目结题后，刘剑也在此基础上申请了磁制冷材料基因工程的国家项目，与其他研究员一起筹建和领导稀土磁性工程材料实验室，围绕稀土永磁、稀土磁性制冷材料、稀土磁性纳米材料展开进一步研究。
“省基金既是青年科学家的‘第一桶金’，也是‘敲门砖’。”谈及浙江省自然科学基金的支持，刘剑认为，省基金的支持是青年科学家起步的“第一桶金”，不少青年科学家在获得了省基金的支持后，研究成果有了延伸，并进一步得到国家基金等的支持。
不仅如此，刘剑课题组还积极接轨企业，先后与横店东磁、海尔集团等达成合作，围绕稀土磁制冷材料的产业化做起“文章”。“据我们了解，目前国内企业也开始布局磁制冷材料冰箱等，但是磁制冷材料受制于国外。”在与企业的接触过程中，刘剑敏锐的发现了市场痛点：国外材料价格高昂，性能指标波动大。
围绕磁制冷材料关键指标，刘剑课题组在“镧铁硅合金的定向凝固组织控制和磁制冷性能研究”项目基础上，积极引入材料基因工程手段，利用其高通量、大批量一次性制备的优点，在短时间内积累了大量材料结构数据，从而制备出了性能优于国外同类的磁制冷材料。
“在温区变化上，我们制备材料能够准确控制在1K（开尔文）以内，远优于国外3K（开尔文）的指标。”刘剑告诉记者，课题组制备的磁制冷材料，在温度变化、温区控制、温度跨度三个关键指标上均优于国外同类材料，而价格仅为国外产品的十分之一，受到了企业的高度关注。
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发表于 2017-9-25 09:35:49
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