Теплофизические исследования калорических эффектов в некоторых кислородных ферроиках

• Автор: Михалева, Екатерина Андреевна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 128 с. : ил.

Оглавление
Оглавление
Введение

Глава 1. Калорические эффекты и фазовые переходы в ферроиках

1.1. Суть, история и современной состояние исследований калорических эффектов

1.2. Термодинамические аспекты калорических эффектов и фазовых переходов

1.2.1. Дифференциальные уравнения термодинамики

1.2.2. Феноменологическая теория фазовых переходов

1.3. Методы определения калорических эффектов

1.4. Твердотельные хладагенты

Глава 2. Методы исследования
2.1. Калориметрические методы
2.1.1. Дифференциальный сканирующий калориметр
2.1.2. Адиабатический калориметр
2.1.3. Синхронный термоанализатор STA 449 С Jupiter
2.2. Исследование теплового расширения
2.3. Дифференциально - термический анализ под гидростатическим давлением
Глава 3. Калорические эффекты в сегнетоэлектриках при фазовых переходах смещения и порядок - беспорядок
3.1. Сегнетоэлектрики с фазовым переходом типа порядок-беспорядок - семейство гидросульфата аммония
3.1.1. Синтез и паспортизация образцов Rbx(NH4)i_xHS
3.1.2. Калориметрические исследования и фазовая диаграмма
3.1.3. Исследование электрокалорического эффекта
в Rbx(NH4)i_xHS
3.1.4. Барокалорический эффект в Rbx(NH4),.xHS
3.2. Фазовый переход типа смещения в PbTi
3.2.1. Синтез, характеризация образцов, методы исследований
3.2.2. Результаты исследований
3.2.2.1. Теплоемкость

З.2.2.2. Тепловое расширение
3.2.3. Анализ и обсуждение результатов
3.2.3.1. О механизме фазового перехода Рт-Зт —>Р4тт
3.2.3.2. Электрокалорический эффект
3.2.3.3. Барокалорический эффект
Выводы к Главе
Глава 4. Теплофизические свойства Ьао^РЬодМпОз
4.1. Синтез и характеризация образцов
4.2. Калориметрические исследования
4.3. Тепловое расширение и фазовая Т-р диаграмма
4.4. Исследование калорических эффектов
4.4.1. Результаты исследований магнетокалорического эффекта
4.4.2. Определение барокалорического эффекта
Выводы к Г лаве
Глава 5. Калорические эффекты и фазовые переходы в системе объемных композитов
(х)Га0,7РЬо,зМпОз - (1-х)РЬТЮ
5.1. Приготовление и паспортизация образцов
5.2. Калориметрические исследования
5.3. Исследование теплового расширения и восприимчивости к давлению
5.4. Исследование калорических эффектов
5.4.1. Магнетокалорический эффект
5.4.2. Электрокалорический эффект
5.4.3. Барокалорический эффект
Выводы к Главе
Глава 6. Анализ калорической эффективности материалов, перспективных для использования в качестве твердотельных хладагентов
6.1. Способы оценки калорической эффективности
6.2. Калорическая эффективность и твердотельные хладагенты
Выводы к Г лаве
Заключение
Список литературы

Введение
В подавляющем большинстве случаев в промышленности и в быту охлаждение в интервале температур от криогенных до комнатной и выше осуществляется с помощью довольно громоздких газо-жидкостных ожижительных и холодильных установок. Несмотря на постоянное совершенствование такого рода рефрижераторов, довольно часто их применение находится в противоречии с такими требованиями к холодильным циклам и используемым в них хладагентам, как высокая эффективность, надежность, экологическая безопасность, дешевизна, бесшумность, малогабаритность и т.д. В немалой степени это относится, например, к современным радиоэлектронным устройствам, работающим в области низких температур с целью уменьшения тепловых шумов, а также к быстро развивающимся микро-электро-механическим системам и информационным технологиям. Процесс миниатюризации и развития многофункциональности микросенсоров, актюаторов, портативных интегральных систем и т.д. неизбежно сопровождается возрастанием количества выделяемого в них тепла за счет роста плотности тока в интегральных схемах. Возникшие высокие требования к охлаждающим устройствам не могут быть в полной мере удовлетворены громоздкими газовыми рефрижераторами и вентиляторами. Альтернативные охлаждающие устройства на основе эффекта Пельтье, хотя и компактны, но их эффективность охлаждения не превышает 10-15 %.
В последнее десятилетие в ряде развитых стран активные исследования сосредоточены на поиске и разработке различного вида материалов, на основе свойств которых возможно создание альтернативных способов охлаждения. В результате сложилось вполне обоснованное представление о возможности реализации эффективного обратного термодинамического цикла на основе калорических эффектов в твердых телах.
В общем виде калорические эффекты (КЭ) связаны с обратимым изменением температуры или энтропии термодинамической системы под воздействием обобщенного внешнего поля (электрического, магнитного или

В адиабатных условиях (процесс 1-2) включается электрическое поле Е=тах, а газ сжимается в компрессоре (+р). В результате упорядочивания диполей и сжатия газа происходит рост температуры Т^+ДТдо. На этапе 2-3 производится отбор тепла от хладагента при постоянных Е и р3- При этом температура понижается до величины Т3. На следующей стадии в адиабатном процессе 3-4 снимается электрическое поле с сегнетоэлектрика, а газ поступает в дросселирующее устройство, где происходит падение давления (-р). В результате этого оба хладагента охлаждаются до температуры (Т3-ЛТАО). На заключительном этапе 4-1 происходит подвод тепла (+С)) к хладагенту при Е=0 и низком давлении р.
С термодинамической точки зрения калорические эффекты отличаются той особенностью, что на их основе можно создавать охладители только периодического действия. Однако, если два твердотельных охлаждающих элемента работают одновременно со сдвигом по фазе на 180° электрического поля, то достигается процесс непрерывного охлаждения [9].
Одни из первых холодильников на основе МКЭ, работающие вблизи комнатной температуры, созданы в США и Японии [41]. В качестве хладагента использовался гадолиний (3 кг), приготовленный в виде мелких сфер. Мощность охлаждения рефрижератора составляет 600 Вт в поле 50 кЭ сверхпроводящего магнита в диапазоне температур 10 К.
Главное преимущество холодильных устройств, основанных на использовании КЭ - это большая плотность твердого тела по сравнению с плотностью пара или газа. Изменение энтропии на единицу объёма в твердых материалах в 6-8 раз выше, чем в газе.
Высокая эффективность твердотельных холодильников обусловлена тем, что нагревание и охлаждение за счет КЭ являются практически обратимыми термодинамическими процессами, в отличие от процессов сжатия и расширения пара в рабочем цикле парогазового холодильника.
Существенным недостатком твердотельных хладагентов является отсутствие возможности осуществления надежного теплового контакта