Developing Near Room Temperature Magnetocaloric Materials. PhD thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF (PhD Dissertation by Morad Hamad) PhD_Thesis__Morad_HAMAD.pdf - Accepted Version Download (5MB) | Preview

Arabic Abstract

بدأ الاهتمام بتأثير المغناطيسية الحرارية عندما ظهرت بعض تطبيقاته العملية في التبريد عند درجات حرارة قريبة من حرارة الغرفة، حيث أنه من المتوقع أن نظام التبريد هذا سوف يحل محل المبردات التقليدية. إن من أهم التحديات هو تطوير مواد ذات كفاءة تعادل أو تزيد عن كفاءة المبردات التقليدية و بسعر أقل، لذلك قمنا من خلال هذا البحث بتطوير مواد جديدة تمتاز باحتوائها على عدد من الخصائص المطلوبة في المواد المغناطيسية الحرارية بحيث تكون أقل كلفة وذات استقرار كيميائي، إضافة الى ذلك يجب أن تمتلك تلك المواد قدرة عالية على التبريد وأن تكون مواد سهلة التمغنط وتمتلك مغناطيسية عالية بحيث يمكن استخدامها عند درجة حرارة الغرفة وضمن مدى واسع من درجات الحرارة. هذه المواد هي Nd0.6Sr0.4Mn1-xNixO3 الخزفية و سبائك الـ CrTe1-xSbx، حيث قمنا بدراسة خصائصها المغناطيسية عند درجات الحرارة الحرجة باستخدام عدة طرق مثل (Arrott plot, Kouvel-Fisher Critical isotherms)، إضافة إلى خصائص تأثير المغناطيسية الحرارية الخاصة بها. أيضا قمنا بدراسة تأثير إستبدال بعض الذرات بذرات أخرى. ومن أهم النتائج التي حصلنا عليها هي أنه عند استبدال ذرات المنغنيز بذرات نيكل وبنسبة 10% فإن طاقة التبريد النسبية هي 912 جول لكل كيلوغرام، وتعتبر هذه النسبة جيدة و واعدة. أيضا وجدنا في العينات الخزفية أنها تتبع مايسمى بالـ 3D-Heisenberg-like ferromagnetic قبل الإستبدال بينما تتحول العينات الى مايسمى بالـ Mean Field Model عند إستبدال المنغنيز بالنيكل. كذلك وجدنا أن طاقة التبريد النسبية في سبائك الـ CrTe1-xSbx لا تتحسن عند إستبدال ذرات التيلوريوم بذرات الانتيموني. إضافة الى ذلك، إن تحليل السلوك الحرج في هذه السبائك أظهر أنها لا تنتمي إلى فئة معينة بل إلى عدة فئات. وهذا يدل على انه هناك العديد من التفاعلات المغناطيسية المتنافسة في هذه العينات.

English Abstract

Interest in magnetocaloric effect is mainly inspired by its potential application in near room temperature refrigeration with higher efficiency than conventional gas based-systems. In this thesis, we investigated two potential magnetic-cooling materials: Nd0.6Sr0.4Mn1-xNixO3 perovskite ceramics and quasi one/two dimensional transition metal based chalcogenide CrTe1-xSbx. We investigated their critical magnetic behavior, magnetocaloric and structural properties. For ceramic samples, magnetocaloric effects (MCE) show that maximum cooling power occurs close to the Curie temperatures obtained from the ac-susceptibility, where the highest obtained relative cooling power RCP~912J/Kg found in x=0.10 sample. The CrTe1-xSbx, MCE did not show any enhancement of the cooling power near Curie temperature. Elemental substitution and short-range order and their effects on the magnetic state and magnetocaloric effect were also investigated. Moreover, the critical behaviors were investigated by measuring the initial isothermal magnetization near the paramagnetic to ferromagnetic (PM-FM) phase transition. The critical exponents β and γ were determined using a modified Arrott plot, and confirmed by Kouvel-Fisher plot whereas δ was obtained by a critical isotherms analysis at TC. The reliability of the obtained critical exponent (β, γ, and δ) values was confirmed by the universal scaling hypothesis. Critical exponents analyses revealed that the Nd-based ceramic samples with (x = 0.00) is consistent with a 3D-Heisenberg-like ferromagnetic. Upon Ni substitution, the ceramic samples follow the mean field model. In CrTe1-xSbx polycrystalline, the critical behavior analysis showed that the material does not belong to a single universality class behavior, indicating a complex competition of different magnetic interactions.

Item Type:	Thesis (PhD)
Subjects:	Physics
Department:	College of Engineering and Physics > Physics
Committee Advisor:	Ziq, Khalil
Committee Members:	Mezghani, Khaled and Nasser, Ibraheem and Yamany, Zain and Rao, Saleem
Depositing User:	MORAD HAMAD (g201310510)
Date Deposited:	23 Oct 2018 11:23
Last Modified:	30 Dec 2020 13:26
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140778