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磁制冷，是以磁性材料为工质的一种独特的制冷技术，其基本原理是利用磁制冷材料的磁卡效应（Magnetocaloric Effect）达到制冷的目的。与传统制冷相比，磁制冷效率高，能耗小，可靠性高，无环境污染，因而被誉为绿色制冷技术，已经越来越受到各国科学家的重视。作为磁制冷机的心脏，磁制冷工质起着至关重要的作用。寻找具有大磁熵变的磁制冷工质是20K至室温范围的磁制冷走向实用的关键。
一级相变材料由于在相变温度处磁化强度随温度发生迅速变化，从而导致大的磁熵变。本论文主要研究了一级相变体系Hf<,1-x>Ta<,x>Fe<,2>，Sm<,1-m>Gd<,x>Mn<,2>Ge<,2>和Sm<,1-m>Y<,x>Mn<,2>Ge<,2>的磁相变和磁卡效应，此外我们还研究了二级相变体系Gd<,1-x>Cr<,x>和（La<,1-x>Gd<,x>）<,0.67>Sr<,0.33>MnO<,3>的磁卡效应。主要包括以下三部分内容：
1．Hf<,1-x>Ta<,x>Fe<,2>合金体系的一级磁相变和磁卡效应
我们制备了一系列的 Hf<,1-x>Ta<,x>Fe<,2>合金样品。随着温度的升高，这些样品经历了从铁磁到反铁磁再到顺磁的相变（相变温度记作为T<,O>和T<,N>），其中从铁磁到反铁磁是一级相变。在T<,O>处样品的磁化强度随温度迅速变化。随着Ta含量x的增大，T<,O>逐渐向低温方向移动，并且在T<,O>处M-T曲线变化也更加陡峭。在略高于T<,O>某温度，随着磁场的增大，样品可表现出磁场诱导的从反铁磁到铁磁的变磁性相变。我们研究了样品的等温磁熵变，它们的数值都相当大，其中x=0.17的样品最大磁熵变达到18J／Kg-K。因为Hf<,1-x>Ta<,x>Fe<,2>合金样品具有大的等温磁熵变，相变温度可调，并且由于它们是金属材料，有比较小的热容和良好的导热性能，
它们有希望成为150-300K温区内的有效磁制冷材料，而且它们非常适合应用于近年来较多采用的AMR磁制冷循环。该系列材料的缺点是磁熵变一温度曲线的峰宽较窄，具有一定的热滞和磁滞。Hf<,1-x>Ta<,x>Fe<,2>中的相变可以用Moriya（守谷亨）和Usami提出的巡游电子系统磁相变的理论来解释。此外，我们还研究了部分样品的输运性质，样品的电阻率在To处显示出突变。 2．Sm<,1-x>Gd<,x>Mn<,2>Ge<,2>，Sm<,1-x>Y<,x>Mn<,2>Ge<,2>合金体系的一级磁相变和磁卡效应
我们制备了一系列的Sm<,1-x>Gd<,x>Mn<,2>Ge<,2>，Sm<,1-x>Y<,x>Mn<,2>Ge<,2>合金样品。随着温度的升高，这些样品经历了从铁磁到反铁磁，反铁磁再到铁磁，铁磁到顺磁三次磁相变（相变温度分别记作为T<,t3>，T<,t2>和T<,C>），其中从铁磁到反铁磁和从反铁磁到铁磁是一级相变。在T<,t3>和T<,t2>处样品的磁化强度随温度迅速变化。随着x的增大，Sm<,1-x>Gd<,x>Mn<,2>Ge<,2>和Sm<,1-x>Y<,x>Mn<,2>Ge<,2>的％都逐渐向高温方向移动；Sm<,1-x>Y<,x>Mn<,2>Ge<,2>的T<,t3>随x增大向低温方向移动，而Sm<,1-x>Gd<,x>Mn<,2>Ge<,2>的T<,t3>变化则较复杂。在略高于T<,t3>或略低于T<,t2>某一温度，随着磁场的增大，样品可表现出磁场诱导的从反铁磁到铁磁的变磁性相变。我们研究了样品的等温磁熵变，各样品在T<,t3>和T<,t2>处均有相当大的磁熵变。其中SmMn<,2>Ge<,2>样品的最大磁熵变达到19 J／Kg-K。因为Sm<,1-x>Gd<,x>Mn<,2>Ge<,2>，Sm<,1-x>Y<,x>Mn<,2>Ge<,2>合金样品具有大的等温磁熵变，相变温度可调，并且由于它们是金属材料，有比较小的热容和良好的导热性能，它们和Hf<,1-x>Ta<,x>Fe<,2>一样也有希望成为有效的磁制冷材料。而且，它们也非常适合应用于AMR磁制冷循环。该系列材料的缺点也同Hf<,1-x>Ta<,x>Fe<,2>类似，即磁熵变-温度曲线的峰宽较窄，具有一定的热滞和磁滞。Sm<,1-x>Gd<,x>Mn<,2>Ge<,2>，Sm<,1-x>Y<,x>Mn<,2>Ge<,2>中复杂的相变与样品的层状结构和各子晶格之内、之间的复杂交换作用有关。
3．二级相变体系（La<,1-x>Gd<,x>）<,0.67>Sr<,0.33>MNO<,3>和Gd<,1-x>Cr<,x>的磁熵变
（La<,1-x>Gd<,x>）<,0.67>Sr<,0.33>MNO<,3>钙钛矿锰氧化物的居里温度Tc随着Gd含量x的增加而单调下降，样品的最大磁熵变则随着Gd含量x的增加而稍稍增大，但都比La-Ca-Mn-O的磁熵变要小。钙钛矿锰氧化物作为磁制冷工质具有居里温度易于调节，电阻率高因而在磁循环过程中涡流损耗较小的特点。而且，这类化合物的
化学稳定性较好，价格也较低。 我们通过在Gd中少量掺杂Cr，使得Gdl <,l-x>Cr <,x>的制冷能力比Gd稍有提高，并且居里温度也稍微增高，拓宽了Gd的工作温度范围。
在论文的最后，我们对一级和二级相变体系磁制冷工质进行了比较和讨论，并对今后寻找更佳高温（80K以上）磁制冷工质的工作提出了建议。