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Arc-Melter로 제작한 B-rich AlFe2B2의 자기 열량 효과

한국자기학회지, Volume 30, Number 5, 31 Oct 2020, Pages 150-155
이재웅 (한남대학교 광센서공학과), 남충희 * (한남대학교 전기전자공학과)
Abstract
AlFe2B2은 자기 냉각 효과를 이용한 자기냉각기의 냉매의 좋은 후보군 중 하나이다. 본 연구에서는 AlFe2B2에 B을 1.5%와
5.0% 추가적으로 도핑 하여 변하는 자기 열량 특성을 조사하였다. X-선 회절을 통한 구조 분석으로 아크멜팅 방법으로 제작된
AlFe2B2의 최적화된 제작 조건을 찾고, 산처리와 열처리를 포함한 후처리를 거친 후 AlFe2B2의 구조를 분석하였다. 구조 분석의
결과로 후처리를 거친 AlFe2B2에서 B의 도핑 정도에 따라 FeB 불순물의 존재 유무를 확인하였다. 각각의 시료는 Magnetic
Property Measurement System(MPMS)를 이용하여 자기적 특성을 측정하였다. 온도에 따른 자화와 포화 자화를 측정하여 B의 도
핑량에 따라 자화 값의 차이를 확인하였다. 측정한 M-H 데이터를 이용하여 자기 엔트로피 변화(S)를 계산하였다. 2 T에서의
S는 B을 1.5%와 5.0% 도핑한 시료 각각 2.01 J/KgK과 2.24 J/KgK을 가진다. 이러한 자화값과 S의 차이는 붕소의 도핑에
따른 FeB 불순물의 양에 의해 일어나는 것을 확인할 수 있었다.

AlFe2B2 is one of good candidates for the magnetic refrigerator with the magnetic cooling effect. In this study, we investigated the
change of magnetocaloric properties by doping 1.5% and 5.0% of B in AlFe2B2. Structural phase analysis through X-ray diffraction was
carried out to find the optimal conditions for the synthesis of AlFe2B2 by arc-melting, and then analyzed AlFe2B2 phase after posttreatment,
such as acid-treatment and annealing. As a result of the structural phase analysis, the presence or absence of FeB impurities was
determined according to the amount of doping in the post-treated AlFe2B2. Each sample was measured using Magnetic Properties
Measurement System (MPMS) for magnetic properties. The magnetization and saturation magnetization in terms of temperature were
measured, and the difference in magnetization value was observed according to the amount of B doping. The magnetic entropy change
(S) was calculated from the measured M-H data. S at 2 T has 2.01 J/kg∙K and 2.24 J/kg∙K for boron 1.5% and 5.0% doped samples,
respectively. The difference between the magnetization values and ˗ΔS was due to the amount of FeB impurities produced by B doping.
Keywords: 자기열량효과; 금속간화합물; 불순물; magnetocaloric effect; intermetallic compound; defects
DOI: https://doi.org/10.4283/JKMS.2020.30.5.150