Magnetocaloric effect across first order transformations of energy conversion materials

Abstract

The Magnetocaloric Effect is a promising phenomenon which supports the development of innovative refrigerators and heat pumps which will be environmentally friendly and characterized by higher efficiency if compared to actual technologies. The aim of this work is the study this effect across first order magneto-structural martensitic transformations of NiMnGa-based alloys. The possibility to ''tune'' the properties of this phase transition by suitably controlling the material composition makes them very attractive. The aim of this work is to study such transformations to understand the real applicative potential of these systems. Three different experimental approaches are compared: magnetic characterization, the direct measurement of the temperature change induced by the applied magnetic field and a in-field Differential Scanning Calorimeter which allows to study the transformation latent heat and the specific heat at different applied magnetic fields. The adiabatic temperature change probe and the DSC are purposely realized for this aim. Moreover a new experimental setup is presented to analyze the material MCE while it is stressed by magnetization and demagnetization cycles in nearly operative conditions.

L'Effetto Magnetocalorico è un fenomeno promettente che stimola lo sviluppo di sistemi refrigeranti innovativi e pompe di calore, caratterizzati da una maggiore efficienza e un minore impatto ambientale se confrontati alle tecnologie attuali. Lo scopo di questo lavoro è lo studio di questo fenomeno in trasformazioni martensitiche del prim'ordine in leghe tipo NiMnGa. La possibilità di controllare le proprietà di questa transizione di fase opportunamente variando la composizione di tali materiali accresce l'interesse scientifico verso questi sistemi. Lo scopo di questo lavoro è dunque di studiare tali trasformazioni per capire le loro reali potenzialità applicative. Tre differenti approcci sperimentali sono messi a confronto: caratterizzazione magnetica, misura diretta della variazione di temperatura indotta dal campo magnetico e calorimetria a scansione differenziale in campo magnetico per l'analisi di calore latente di trasformazione e calore specifico a diversi campi magnetici applicati. La sonda per la misura della variazione di temperatura e la DSC sono due setup appositamente realizzati per questo scopo. Inoltre, è presentato un nuovo apparato sperimentale per analizzare l'MCE dei materiali mentre questi sono sollecitati da cicli di magnetizzazione e smagnetizzazione ad alte frequenze.