《高性能分子基磁製冷劑的製備及其表面傳熱的初步探索》是依託西安交通大學，由鄭彥臻擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：高性能分子基磁製冷劑的製備及其表面傳熱的初步探索
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄭彥臻
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在環境問題凸顯的今天，採用無排放的磁製冷技術可以更好的保護我們的環境。然而，材料性能的缺陷卻導致磁製冷技術無法被廣泛套用。近幾年出現的分子磁體磁熱效應顯著，很有可能在磁製冷材料的研發上產生重大突破。然而，該類材料的真正套用至少還將至少面臨兩個問題：（1）低場下的磁熵轉化效率不高；（2）分子材料的熱傳導率小。針對問題（1），我們提出採用混合金屬、引入自旋阻挫、磁各向異性等手段提高該類材料低場下的磁熵轉化效率；針對問題（2），我們提出採用表面傳熱的方法，借用其他導熱性能好的材料，如石墨烯、金屬等，將磁場變化產生的熱迅速帶走，起到快速製冷的效果。對該問題的研究，期望可以從理論上更加深刻認識磁熵變與微觀磁交換、磁各向異性等之間的關係，並找到定向合成高性能分子基磁製冷材料的普適方法。其次，對磁性分子與不同表面的接觸及傳熱性能的探索是一個新穎而又有挑戰的課題，對其他分子材料的套用有十分重要的借鑑意義。
結題摘要
磁製冷作為一種節能環保新穎製冷方法備受人們關注。近些年，許多磁熱效應顯著的分子磁體被相繼報導，但是它們真正套用前仍須解決以下兩個關鍵科學問題：（1）低場下的磁熵變值不大；（2）它們的熱傳導率較小。本項目圍繞以上兩個關鍵科學問題開展了系列研究，取得以下結果：（1），利用“混合配體”策略製備了具有較大磁熵變的3d-4f/4f配合物，並結合低溫脈衝高場磁化強度測試、量子蒙特卡洛建模擬合、高場磁性測試等手段對這些配合物中的磁交換、磁各向異性等微觀磁相互作用與磁熵變之間的關係進行了深入研究，從中發現：(a)強磁場中“指紋譜”可以分析稀土簇合物內部由於Gd-O-Gd橋產生的磁交換作用；(b)利用磁交換可產生偏置的原理，可構築出零場無量子隧穿的單分子磁體{Cr8Dy8}；(c)引入3d過渡金屬離子和利用幾何自旋阻挫效應，可提升分子基磁製冷劑的性能，並在此基礎上設計合成出目前磁熵變最大的混合金屬磁製冷分子{Ni64Gd96}，以及在1特斯拉下能產生較大磁熵變的{Ni21Gd20}團簇；（2），通過質譜、電鏡、凝膠滲透色譜等手段表征了部分團簇的熱穩定性、溶液穩定性，設計構築了幾例多孔稀土基團簇，進行了客體分子內部穿透性導熱研究，並研究了部分團簇與石墨烯、導熱高分子的複合方式，測定了具有高磁熵變的Gd基鹼式氯化鹽的熱導率。在該項目支持下，申請人作為唯一/共同通訊作者共發表SCI論文31篇，其中影響因子大於11的7篇，包括Nat. Commun（2篇），J. Am. Chem. Soc.（1篇），Angew. Chem. Int. Ed.（3篇），Adv. Mater.（1篇），1篇入選ESI高引論文；其他影響因子大於3的22篇，包括Chem. Mater. （1篇）、Green Chem. （1篇）、J. Mater. Chem. C （1篇）、ACS Appl. Mater. Interfaces （1篇）、Chem. Commun. （1篇）、Chem. Eur. J. （4篇）、Inorg. Chem. （2篇）、Inorg. Chem. Front. （4篇）、Dalton Trans. （6篇）、Crystengcomm （1篇）。此外還獲批專利一項、受邀撰寫英文學術專著一章，發表在《Struct & Bonding》上。2017年還獲得日本化學會頒予的“亞洲國際論壇傑出授課獎”。
