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1.1课题背景
在科技飞速发展的今天，制冷技术几乎已经渗透到生产技术、科学研究的方方面面，从而为人类的生活质量的改善发挥着巨大作用[1]。诸如石油化工、低温工程、高能物理等等以及日常生活中。
目前工业领域中制冷剂使用频率较高的是氨和氟里昂。氨进入制冷剂历史较早，因其单位容积产冷量大主要应用于冷藏、冷库等大型制冷设备中。其原料丰富、化学稳定性较好以及良好的热性能。不过劣势同样显眼，高毒性、腐蚀有机系统。接下来是大家耳熟能详的氟里昂，一开始凭借其优异的化学性能以及物理性能而迅速成为制冷工质的宠儿。然而，它的缺点也很致命：抛开低制冷效率不说，氟利昂会对地球的臭氧层造成破坏[2]。此外，氟利昂的室温效应比二氧化碳高得多。随着当今世界能源日益紧缺，环境保护要求日益提高，毫无疑问，传统制冷技术的创新迫在眉睫，怎样研究开发出新的制冷材料或技术已成为科学家们普遍关注的课题。
磁制冷技术作为制冷工业的新贵，向展示了众多传统制冷工艺不具备的独特之处：（1）单位体积的制冷功率大，工件易小型化。磁制冷材料的选择为固体，它们的密度三十倍于压缩的气体，单位摩尔工质的体积才千分之一于气体工质。对比发现，磁制冷系统更容易小型化，不但节省了空间体积，还有利于大功率系统的开发。（2）节能且环保。对磁制冷机而言，其损耗的能量主要用于载冷剂的循环，磁工质与磁场的相对转动以及一些摩擦等，因此十分有利于节能，并且完全抛弃氟利昂等对环境不利的气体（早在五年前氟里昂等有害气体已被国际社会明文规定停止开发和使用）[3]，有利于生态环境的保护。(3)可靠性高，寿命长，经济性好。磁性稀土作为磁制冷机的核心材料，成本便宜，资源富集，无需担心泄漏污染带来的危害。此外，由于工作频率低以及运动部件少，从而可靠性较高，使用寿命较长。（4）更宽的制冷温区。磁工质对磁制冷的制冷温区起着决定性作用，并且现有研究成的的磁工质可以在0.0001~300K的宽温区内工作，得益于磁制冷相对于如今各类制冷技术的更宽的工作温区，要想得到在某一温区工作的磁制冷机，那么选取符合的工质即可。
鉴于磁制冷技术自身独特的性能，其应用前景十分光明，技术发达国家对此进行的研究也越来越热。此外，国际社会上对氟利昂等不利环境的工质的限制使用，科学家们预测磁制冷技术未来可能逐步取代传统的制冷技术。磁制冷技术应用范围广泛，适用于从 μK、mK级超低温到室温及室温以上的所有区域。磁制冷技术的多项优势和广泛的应用前景促使人们加快对磁制冷材料和磁制冷技术的研究开发。在磁制冷技术中，磁致冷材料无疑是关键，磁致热效应直接影响制冷机的制冷性能和效率。可以看出，近年来在磁致冷工质这方面的开发工作越来越活跃，由此成引发世界范围内磁制冷材料的研究热潮。
1.2磁制冷和磁卡效应
作为新兴的高科技制冷工艺，磁制冷，工质依托于磁性材料，物理学原理，通过系统自旋磁熵变，磁制冷工质等温磁化时，其磁矩排列变得有规律，导致磁熵降低，系统向外界散发热量；相反的，绝热时退磁，磁矩排列变得混乱，显然磁熵升高，这时工质就会从外界吸收热量，最终达到制冷目的。
早在十九世纪末期就有科学家进行了磁制冷的研发，Warburg[4]通过外加磁场，在金属铁中发现了热效应。几十年后，Langevin第一次向人们演示通过改变顺磁材料的磁化强度可以得到温度的可逆变化[5]。1918年，Weiss与Piccard[6]观察到Ni 的磁卡效应以及接下来科学家们对此做出的一系列研究促使了磁制冷技术的蓬勃发展。