Caracterización magneto-estructural y magnetocalórica de la aleación ErMn2 obtenida mediante la técnica de sinterización por chispa y plasma

Abstract

"En búsqueda de una transición hacia fuentes de energía más sustentables, el hidrógeno destaca como un combustible alternativo debido a su potencial para reducir emisiones que contaminan el medio ambiente. Dado que su licuefacción (que ocurre a 20.3 K) es un elemento clave para su almacenamiento y transporte, la refrigeración magnética surge como una tecnología prometedora, ya que existen varias familias de aleaciones basadas en elementos de tierra rara con elevado efecto magnetocalórico en el rango de temperatura entre 20 y 77 K. El presente trabajo evalúa la factibilidad de sintetizar muestras en bulto (en bulk) de la aleación ErMn2, mediante la técnica de sinterización por chispa y plasma (SPS, por sus siglas en inglés), tomando como precursor cintas obtenidas por solidificación rápida que presentan una temperatura de Curie de 15 K. Se presenta la caracterización de las propiedades estructurales, microestructurales, magnéticas y magnetocalóricas del sinterizado y su comparación con lo reportado en la literatura para muestras en bulto. El sinterizado alcanzó una densidad del 92% respecto a la densidad reportada en la literatura, mientras que los análisis por EDS y DRX confirman que la composición química elemental (1:2) y la estructura cristalina de la fase hexagonal (tipo MgZn2; C14) se preservan. Sin embargo, en el difractograma también se observan varias reflexiones de menor intensidad pertenecientes a una fase secundaria presente también en las cintas precursoras. Los valores de variación de entropía magnética |ΔSM|max fueron de 9.5 Jkg-1K-1 y 20.1 Jkg-1K-1 para 2 T y 5 T, respectivamente. Estos valores son algo inferiores en comparación con lo obtenido para las cintas precursoras (10.8 Jkg-1K-1 y 20.4 Jkg-1K-1) y muestras en bulto (13.4 Jkg-1K-1 y 25.4 Jkg-1K-1)."

"In pursuit of a transition toward more sustainable energy sources, hydrogen stands out as an alternative fuel due to its potential to reduce pollutant environmental emissions. Since its liquefaction (which occurs at 20.3 K) is a key factor for storage and transportation, magnetic refrigeration emerges as a promising technology. Several families of rare-earth-based alloys exhibit a high magnetocaloric effect within the 20-77 K temperature range. This work evaluates the feasibility of synthesizing a magnetocaloric alloy by spark plasma sintering (SPS) using rapidly solidified ribbons as precursor material. The alloy exhibits a Curie temperature of 15 K. The structural, microstructural, magnetic, and magnetocaloric properties of the sintered sample are characterized and compared with those reported in the literature for bulk samples. The sintered sample reached a density of 92%, while EDS and XRD analyses confirm that the elemental chemical composition (1:2) and the hexagonal crystal structure (MgZn2-type; C14) are preserved. However, several low-intensity reflections corresponding to a secondary phase, also present in the precursor ribbons, were observed in the diffractogram. The maximum magnetic entropy change values |ΔSM|max were 9.5 Jkg-1K-1 and 20.1 Jkg-1K-1 for 2 T and 5 T, respectively. These values are somewhat lower than those obtained for the precursor ribbons (10.8 Jkg-1K-1 and 20.4 Jkg-1K-1) and bulk samples (13.4 Jkg-1K-1 and 25.4 Jkg-1K-1)."