Manyetik Entropi Değişim Hesaplamaları (ΔS M )

Manyetokalorik etkiyi tanımlayan iki temel parametreden birisi -ΔS_M’dir ve deneysel yöntemler ile sayısal olarak aşağıda verilen denklem ile hesaplanmaktadır.

( ) ∑

.

17

Bu proje kapsamında, çalışılan tüm örneklerin -ΔSM değeri dolaylı yöntemler ile sayısal olarak hesaplanmış ve sıcaklığa bağlı değişim eğrileri farklı alan değerleri için elde edilmiştir. Şekil 4.4a-e’de La0.7Ca0.2Sr0.1MnO3 ve La0.7Te0.3MnO3 manganit bileşiklerinin ve xLa0.7Ca0.2Sr0.1MnO3/(1-x)La0.7Te0.3MnO3 (x = 0.25, 0.5 ve 0.75) kompozitlerinin sıcaklığa bağlı -ΔSM eğrileri verilmektedir. La0.7Ca0.2Sr0.1MnO3 ve La0.7Te0.3MnO3 manganit bileşiklerinin -ΔSM eğrileri incelendiğinde maksimum manyetik entropi değişim değeri geçiş sıcaklığı civarında gözlenmiş olup uygulanan alanın artışı ile birlikte bileşiğin manyetizasyonundaki artışa bağlı olarak maksimum manyetik entropi değişimi değerlerinin de arttığı görülmektedir.

18

19

Şekil 4.3a-e. La_0.7Ca_0.2Sr_0.1MnO₃ ve La_0.7Te_0.3MnO₃ manganit bileşiklerinin ve xLa0.7Ca0.2Sr0.1MnO3/(1-x)La0.7Te0.3MnO3 (x = 0.25, 0.5 ve 0.75) kompozitlerinin sıcaklığa ΔSM bağlı eğrileri.

Çalışan tüm örneklerin 5 T manyetik alan değeri için hesaplanan maksimum manyetik entropi değişim değerleri Tablo 1’de verilmiştir.

20

Manyetik Soğutma sistemlerinde malzemelerin kullanılabilirliğini etkileyen önemli bir diğer parametrede ideal bir soğutma döngüsünde sıcak ve soğuk noktalar arasında transfer edilen ısı miktarı olarak ifade edilen göreli soğutma güç (Relative Cooling Power, RCP) değeridir [33, 36]. RCP değeri aşağıda verilen denklem ile hesaplanmaktadır.

| |

Denklemde verilen, ifadesi, manyetik entropi değişiminin en yüksek değeridir.

δTFWHM terimi ise manyetik entropi değişim eğrisinin yarı maksimum yüksekliğindeki tam genişlik değeridir. LCSM ve LTM ana faz bileşiklerinin 5 T manyetik alan değeri için RCP değerleri sırasıyla 266.4 ve 235.6 J kg^-1 olarak hesaplanmıştır. xLa0.7Ca0.2Sr0.1MnO3 /(1-x)La0.7Te0.3MnO3 (x = 0.25, 0.5 ve 0.75) kompozitlerinin RCP değerleri ise sırasıyla 223.76, 282.40 ve 317.17 Jkg⁻¹ olarak hesaplanmıştır. Aynı alan değeri için manyetik soğutma sistemlerinde kullanılan saf Gd elementi için RCP değeri 410 Jkg-1 olarak bildirilmiştir [8, 37]. xLa0.7Ca0.2Sr0.1MnO3/(1-x)La0.7Te0.3MnO3 (x = 0.25, 0.5 ve 0.75) kompozitlerinin RCP değeri saf Gd elementinin RCP değerinin yaklaşık olarak sırasıyla % 54.6, % 68.9 ve % 77.4 değerine karşılık gelmektedir.

21 5. SONUÇLAR

Bu çalışmada, LCSM ve LTM manganit bileşiklerinin ve bu manganit bileşiklerinin kütlece belirli oranlarda (0.25:0.75, 0.5:0.5 ve 0.75: 0.25 ) karıştırılması ile elde edilen 0.25LCSM/0.75LTM, 0. 5LCSM/0.5LTM ve 0.75LCSM/0.25LTM kompozitlerinin yapısal, manyetik ve manyetokalorik özellikleri incelenmiştir. LCSM ve LTM bileşiklerinin XRD analizlerinden rombohedral kristal yapıda bulundukları tespit edilmiştir. LCSM ve LTM ana faz bileşiklerinin ve farklı oranlarda karıştırılarak elde edilen kompozitlerin M(T) analizlerinden sıcaklığın artışı ile ferromanyetik fazdan paramanyetik faza geçiş sergilediği gözlemlenmiştir. Kompozit bileşiklerin M(T) eğrilerinde ana faz bileşiklerinin geçişleri ile uyumlu iki manyetik faz geçişi görülmektedir. Tüm çalışılan örneklerin manyetik faz geçişinin türü ikinci derecedendir. değeri 5 T manyetik alan değeri için LCSM ve LTM ana fazları için sırasıyla 4.96 ve 3.68 Jkg⁻¹ K⁻¹ olarak hesaplanmıştır. Bu değer aynı alan değeri için 0.25LCSM/0.75LTM, 0.5LCSM/0.5LTM ve 0.75LCSM/0.25LTM kompozitleri için sırasıyla 4.54, 3.70 ve 3.94 Jkg⁻¹ K⁻¹ olarak hesaplanmıştır. RCP değerleri LCSM ve LTM ana faz bileşikleri için 5 T manyetik alan değeri için 266.4 ve 235.6 J kg^-1 olarak hesaplanmıştır. xLa0.7Ca_0.2Sr_0.1MnO₃/(1-x)La_0.7Te_0.3MnO₃ (x = 0.25, 0.5 ve 0.75) kompozitlerinin aynı alan değişim değeri için RCP değerleri ise sırasıyla 223.76, 282.40 ve 317.17 Jkg⁻¹ olarak hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre ve RCP değerleri oda sıcaklığı civarı manyetik soğutma sistemleri için kabul edilebilir aralıktadır.

KAYNAKLAR

[1] V. Franco, J. S. Blázquez, J.J. Ipus, J.Y. Law, L.M. Moreno-Ramírez, A. Conde,

“Magnetocaloric effect: From materials research to refrigeration devices”, Progress in Materials Science 93 (2018) 112–232.

[2] V. Franco, J.S. Bl´azquez, B. Ingale, and A. Conde, The Magnetocaloric Effect and Magnetic Refrigeration Near Room Temperature: Materials and Models, Annu. Rev. Mater.

Res. (2012) 42:305–42.

[3] W. Goetzler, S. Goffri, S. Jasinski, R. Legett, H. Lisle, A. Marantan, M. Millard, D.

Pinault, D. Westphalen and R. Zogg, "Energy Savings Potential and R&D Opportunities for Commercial Refrigeration," 2009.

22

[4] A. Selmi, R.M’nassri, W. Cheikhrouhou-Koubaa, N. Chniba Boudjada, A. Cheikhrouhou,

“Influence of transition metal doping (Fe, Co, Ni and Cr) on magnetic and magnetocaloric properties of Pr0.7Ca0.3MnO3 manganites”, Ceramics International 41 (2015) 10177–10184.

[5] C. B. Zimm, A. Jastrab, A. Sternberg, V. K. Pecharsky, K. A. Gschneidner Jr.,

“Description and performance of a near –room temperature magnetic refrigerator”, Adv.

Cryog. Eng. 43 (1998) 1759-1760.

[6] V.K. Pecharsky, Karl A. Gschneidner Jr., “Advanced magnetocaloric materials: What does the future hold?”, International Journal of Refrigeration 29 (2006) 1239-1249.

[7] N. A. de Oliveira, P. J. von Ranke, “Theoretical aspects of the magnetocaloric effect”

Physics Reports 489 (2010) 89–159.

[8] M. H. Phan, S. C. Yu, “Review of the magnetocaloric effect in manganite materials”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 308 (2007) 325-340.

[9] G. Akça, S. Kılıç Çetin, M. Güneş, A. Ekicibil, “Magnetocaloric properties of (La1−xPr_x)_0.85K_0.15MnO₃ (x = 0.0, 0.1, 0.3 and 0.5) perovskite manganites”, Ceramics International 42 (2016) 19097-19104.

[10] S. Kılıç Çetin, M. Acet, M. Güneş, A. Ekicibil, M. Farle, “Magnetocaloric effect in (La

1-xSmx)0.67Pb0.33MnO3 (0 ≤ x ≤ 0.3) manganites near room temperature”, Journal of Alloys and Compounds 650 (2015) 285-294.

[11] M. Pekała, V. Drozd, “Magnetocaloric effect in La0.8Sr0.2MnO3 manganite”, Journal of Alloys and Compounds 456 (2008) 30–33.

[12] K. A. Gschneidner Jr, V. K. Pecharsky, A. O. Tsokol, “Recent developments in magnetocaloric material”, Rep. Prog. Phys. 68 (2005) 1479–1539.

[13] B. F. Yu, Q. Gao, B. Zhang, X. Z. Meng, Z. Chen, “Review on research of room temperature magnetic refrigeration”, International Journal of Refrigeration 26 (2003) 622–

636.

14-E. Brück, “Developments in magnetocaloric refrigeration”, J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005) R381–R391.

[15] K. McBride, N. Partridge, S. Bennington-Gray, S. Felton, L. Stella, D. Poulidi,

“Synthesis, characterization and study of magnetocaloric effects (enhanced and reduced) in manganate perovskites”, Materials Research Bulletin 88 (2017) 69–77.

[16] K.A. Gschneidner, Jr., Y. Mudryk, V.K. Pecharsky, “On the nature of the magnetocaloric effect of the first-order magnetostructural transition”, Scripta Materialia 67 (2012) 572–577.

23

[17] A. M. Tishin, “Magnetocaloric effect in lanthanide materials, Magnetocaloric effect in lanthanide materials”, Journal of Alloys and Compounds 250 (1997) 635–641.

[18] P. Zhang, H. Yang, S. Zhang, H. Ge, M. Pan, “Effect of Li doping on the magnetic and magnetocaloric properties of Pr0.5Sr0.5-xLixMnO3 (0≤x≤0.3)”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 334 (2013) 16–20.

[19] A. Rebello, V. B. Naik, and R. Mahendiran, “Large reversible magnetocaloric effect in La0.7-xPrxCa0.3MnO3”, Journal of Applied Physics 110, (2011) 013906.

[19] A. Rebello, V. B. Naik, and R. Mahendiran, “Large reversible magnetocaloric effect in La_0.7-xPr_xCa_0.3MnO₃”, Journal of Applied Physics 110, (2011) 013906.

[20] A. Selmi, R. M’nassri, W. Cheikhrouhou-Koubaa, N. Chniba Boudjada A.

Cheikhrouhou, “Influence of transition metal doping (Fe, Co, Ni and Cr) on magnetic and magnetocaloric properties of Pr_0.7Ca_0.3MnO₃ manganites”, Ceramics International 41 (2015) 10177–10184.

[21] A. Dhahri, J. Dhahri, E.K. Hlil, E. Dhahri, “Effect of Ti-substitution on magnetic and magnetocaloric properties of La_0.57Nd_0.1Pb_0.33MnO₃”, Journal of Alloys and Compounds 530 (2012) 1–5.

[22] R. Cherif, E. K. Hlil, M. Ellouze, F. Elhalouani, S. Obbade, “Study of magnetic and magnetocaloric properties of La0.6Pr0.1Ba0.3MnO3 and La0.6Pr0.1Ba0.3Mn0.9Fe0.1O3 perovskite-type manganese oxides”, J. Mater Sci (2014) 49:8244–8251.

[23] M. S. Anwar, A. A. Khan , K.Y. Park , S. R. Lee , F. Ahmed, B. H. Koo, “Influence of Zn on magnetocaloric effect in (0.95)La0.7Sr0.3MnO3/Ni1-xZnxFe2O4 ceramic composites”, Materials Research Bulletin 69 (2015) 41-45.

[24] M. Pekala, K. Pekala, V. Drozd, K. Staszkiewicz, J. F. Fagnard , P. Vanderbemden,

“Magnetocaloric and transport study of poly-and nanocrystalline composite manganites La0.7Ca0.3MnO3/La0.8Sr0.2MnO3”, Journal of Applied Physics 112, 023906 (2012) 1-8.

[25] M. Jeddi, H. Gharsallah, M. Bekri, E. Dhahri, E. K. Hlil, “Structural, magnetic and magnetocaloric properties of 0.75La0.6Ca0.4MnO3/0.25La0.6Sr0.4MnO3 nanocomposite manganite, RSC Advances, 8, (2018) 28649–28659.

[26] H. Mbarek, R.M’nasri, W. Cheikhrouhou-Koubaa, A. Cheikhrouhou, “Magnetocaloric effect near room temperature in (1-y)La_0.8Ca_0.05K_0.15MnO₃/yLa_0.8K_0.2MnO₃ composites”, Phys. Status Solidi A 211, No. 5, (2014) 975–979.

24

[27] A. Jerbi, A. Krichene, N. Chniba-Boudjada, W. Boujelben, “Magnetic and magnetocaloric study of manganite compounds Pr0.5A0.05Sr0.45MnO3 (A=Na and K) and composite”, Physica B 477 (2015) 75–82.

[28] A. Ezaami, I. Chaaba, W. Cheikhrouhou-Koubaa, A. Cheikhrouhou, E.K. Hlil,

“Enhancement of magnetocaloric properties around room temperature in (1-x)La0.7Ca0.25Sr0.05MnO3/xLa0.7Ca0.2Sr0.1MnO3 system (0 ≤x ≤ 1)”, Journal of Alloys and Compounds 735 (2018) 2331-2335.

[29] B. Uthaman, K. S. Anand, R. K.Rajan, H.H. Kyaw, S. Thomas, S. Al-Harthi, K. G.

Suresh, M.Raama Varma, “Structural properties, magnetic interactions, magnetocaloric effect and critical behaviour of cobalt doped La_0.7Te_0.3MnO₃”, RSC Advances, 5, (2015) 86144-86155.

[30] K. El Maalam, M. Balli, S. Habouti, M. Dietze, M. Hamedoun, E.-K. Hlil, M. Es-Souni, A. El Kenz, A. Benyoussef, O. Mounkachi, “Composite (La_0.45Nd_0.25)Sr_0.3MnO₃/5CuO materials for magnetic refrigeration applications”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 449 (2018) 25–32.

[31] K. Das, R. Roy Chowdhury, S. Midda, Pintu Sen, I. Das, “Magnetocaloric effect study of Pr0.67Ca0.33MnO3-La0.67Sr0.33MnO3 nanocomposite”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 449 (2018) 304–307.

[32] A. Ezaami, N.Ouled Nasser, W. Cheikhrouhou-Koubaa, A. Cheikhrouhou,

“Enhancement of magnetocaloric properties in

(1-x)La0.7Ca0.2Sr0.1MnO3/xLa0.7Ca0.15Sr0.15MnO3 composite system (0≤x≤ 1)”, Materials Journal of Alloys and Compounds 618 (2015) 488–496.

[35] F. Ayadi, S. Ammar, S. Nowak, W. Cheikhrouhou-Koubaa, Y. Regaieg, M. Koubaa, J.

Monnier, L. Sicard, “Importance of the synthesis and sintering methods on the properties of manganite ceramics: The example of La_0.7Ca_0.3MnO₃”, Journal of Alloys and Compounds 759 (2018) 52-59.

25

[36] Mleiki A., Othmani S., Cheikhrouhou-Koubaa W., Cheikhrouhou A. and Hlil E. K., Enhanced relative cooling power in Ga-doped La0.7(Sr,Ca)0.3MnO3 with ferromagnetic-like canted state, RSC Advances 6 (2016) 54299-54309.

[37] Wang G.F., Zhao Z.R., Li H.L., and Zhang X.F., Enhancement of refrigeration capacity and table-like magnetocaloric effect in La0.8Ca0.2MnO3/La0.8K0.2MnO3 nanocrystalline composite, Ceramics International 41 (2015) 9035–9040.