Estudo e optimização de materiais para aplicações termo-magnéticas

Mestrado em Física O presente trabalho pretende estudar e optimizar a aplicação de materiais magnéticos para dispositivos termomagnéticos. Assim, estudámos as séries Ni2MnGa1-xBix (com x de 0 a 0.05), PrNi5-xCox (com x entre 1.95 e 3.00) e RNi2 (com R=Tb;Nd;Gd). Para a série Ni2MnGa1-xBix estudámos a influência da substituição de bismuto numa tentativa de aproximar, e possivelmente juntar, as temperaturas de transição estrutural e magnética, TM e TC, juntamente com o estudo da anisotropia magnética desta liga. Os nosso resultados de facto mostram a aproximação de TM e TC, provocado pelo aumento do parâmetro de rede a e do aumento da concentração electrónica das amostras dopadas, embora a dopagem estudada não tenha sido suficiente para juntar as duas temperaturas. Encontrámos um máximo de variação de entropia magnética de 3.8 J/kg.K para a amostra pura e de 2.2 J/kg.K para a amostra com o máximo de dopagem (0.05). Na serie PrNi5-xCox, devido á competição entre as energias de anisotropia das sub-redes de Co e Pr esta série apresenta uma reorientação de spin a baixa temperatura (~140K). Esta série apresenta um rico diagrama de fases magnéticas, que foi construído no presente trabalho e alguns efeitos ratificados baseando-se na teoria de percolação. Também encontramos um largo pico de entropia magnética associado ao processo de reorientação de spin e à transição magnética. No que toca á serie RNi2 o nosso estudo apenas se limitou a produção, análise da homogeneidade e cálculo de variação de entropia magnética das amostras, para posterior estudo pelo Dr. Pedro J. von Ranke (Universidade Estadual do Rio de Janeiro) utilizando um modelo Hamiltoniano teórico para simular as propriedade magnetocaloricas da serie RNi2. As amostras TbNi2 e GdNi2 mostraram ser monofásicas embora a de NdNi2 não. O modelo teórico utilizado mostrou ser muito eficiente a prever o comportamento magnético das amostras. ABSTRACT: The present work intends to study and optimize the application of magnetic materials for thermal-magnetic devices. As such we have studied the series Ni2MnGa1-xBix (with x from 0 to 0.05), PrNi5-xCox (with x in the interval 1.95 to 3.00) and RNi2 (com R=Tb;Nd;Gd). For the Ni2MnGa1-xBix series we studied the influence of the bismuth substitution in an attempt to o make the magnetic and structural transition temperatures, TC and TM, come closer and possible merge, in addition, we also study the magnetic anisotropy of this alloy. Our results have in fact increased TM and decreased TC, caused by the increase of the lattice parameter a and the increase of the electron concentration of the alloyed samples, although the studied alloying was not enough to merge the two temperatures. We found a maximum magnetic entropy change of 3.8 J/kg.K for the pure sample and 2.2 J/kg.K for the sample with the most alloying (0.05). In the PrNi5-xCox series, due to the competition between the anisotropy energies of both the Co and Pr sub lattices this series has a spin reorientation phenomenon at low temperature (~140 K). This series presents a rich magnetic phase diagram that was constructed in the present work and some effects ratified based on the percolation theory. We also found a large magnetic entropy change peak due to the spin-reorientation process and the magnetic transition. As far as the RNi2 series goes, our study was only limited to the production, homogeneity analyses and magnetic entropy variation calculation, for further study by Dr. Pedro J. von Ranke (State University of Rio de Janeiro) using a theoretical Hamiltonian model to simulate the magnetic properties of the RNi2 series. The TbNi2 and the GdNi2 samples have shown to be single phase while the NdNi2 does not. The theoretical model has shown to be very effective in predicting the magnetic behavior of the samples.