Magnetische koeling: een echt alternatief? Ekkes Brück Van der Waals-Zeeman Inststuut Universiteit van Amsterdam Introductie Magnetische koeling Winterweekend 18-3-05

Inleiding koelen Levensmiddel bereiding / opslag / transport Electronica Chemisch Industrie Processtechniek Medische techniek Winterweekend 18-3-05

Koeltechnieken Winterweekend 18-3-05

Hoe werkt de koelkast in de keuken? Winterweekend 18-3-05

Eigenschappen van enkele Koelmiddelen Winterweekend 18-3-05

Magnetisme Elektromagneet Magnetisch materiaal Magneet Winterweekend 18-3-05

Magnetische elementen 2p 3d 4f Winterweekend 18-3-05

Thermodynamica: Gibbs vrije energie U = Inwendig energie S = Entropie V = Volume M = Magnetisatie Winterweekend 18-3-05

1926 voorgesteld door Debye en Giauque (Nobelprijs 1949) Magnetische koeling: 1926 voorgesteld door Debye en Giauque (Nobelprijs 1949) Uitwendig magnetisch veld verandert entropie van magnetisch momenten Compact, geen broeikasgassen, hoog rendement, permanente magneten Winterweekend 18-3-05

2001 Model Permanente magneet 2 T Compact-disk grootte Winterweekend 18-3-05

1.5T Winterweekend 18-3-05

Chubu and Toshiba Refrigerator 2003 (Gd, Dy) metaal Roterend magneet 0.76 T Koelvermogen 60 W T span 20 K Winterweekend 18-3-05

Winterweekend 18-3-05

Mangaanverbindingen Mogelijk alternatief Veel voorkomend (laag prijs) Middelgroot magnetisch moment (moderate MC effect) Sterke koppeling met rooster (Simultane magnetische en structurele overgang) Winterweekend 18-3-05

Hexagonale Fe2P-type structuur MnFeP1-xAsx Hexagonale Fe2P-type structuur Ruimtegroep: P-62m Mn 3g sites Fe 3f sites P/As 1b&2c sites Winterweekend 18-3-05

Sample-preparatie Startmaterialen Fe2P, Mn2As3, Mn & P Mechanisch legeren Sinteren 1000oC Gloeien 800oC Winterweekend 18-3-05

Magnetisatieproces nabij Tc Metamagnetische overgang met kleine hysteresis Winterweekend 18-3-05

Temperatuurafhankelijkheid van magnetisatie voor verschillende samenstellingen Tc instelbaar Winterweekend 18-3-05

Vergelijking met Gd metaal Stapgewijze overgang Eerste orde Zeer kleine hysteresis Winterweekend 18-3-05

Vergelijking magnetocalorisch effect in materialen Energie opname in relevant T interval Winterweekend 18-3-05

Veldafhankelijkheid van de koelcapaciteit Direct geschikt Gd te vervangen Laag-vermogen toepassingen in laag veld Winterweekend 18-3-05

Koeler Verder verbeteren van magnetokalorisch materiaal gebaseerd op mangaan. Ontwikkelen van koeler, werkend in veld van permanente magneet. Winterweekend 18-3-05

Thank You for Your Attention! Winterweekend 18-3-05

Temperature dependence of entropy Two processes Isothermal or Adiabatic Winterweekend 18-3-05

Stirling cooler: ideal gas PV=nRT Stirling cycle involves alternating compression and expansion of gas in a closed cycle. Four distinct phases: Winterweekend 18-3-05

Magnetic cooling: Winterweekend 18-3-05

Winterweekend 18-3-05

Thermodynamics: Differential of Gibbs free energy Entropy Magnetization Volume Differential of entropy Winterweekend 18-3-05

Identification of terms Adiabatic process at constant pressure Maxwell relations Magnetic entropy Winterweekend 18-3-05