我国学者在爆发型马氏体相变制冷材料研究方面取得进展

　　固态制冷技术具有环保高效的特点，是替代传统气体压缩制冷技术的热门候选者之一。这项新型制冷技术的工作基础是固态相变材料在晶体结构随外场改变的过程中吸收和释放潜热所带来的热效应。因此，相变热力学和动力学性质直接影响着材料的热性能。磁性形状记忆合金是近年来备受瞩目的固态相变材料，其在磁场和应力场的单独或耦合干预下均能发生磁性马氏体相变，实现能量转换，产生磁热、弹热和压热效应。强磁弹交互作用是实现多场驱动相变的关键。近年来，宁波材料所稀土磁性功能材料实验室在Mn基磁性形状记忆合金热性能方向进行了系统的实验研究，报道了数十类新型磁性弹热材料。在实验研究的基础上，研究人员近期与西班牙巴塞罗那大学的Planes教授等人合作对NiMnGaCu合金的相图和相变熵变进行了朗道唯象模拟，通过提出磁弹交互强度的关键参数，建立了磁弹交互强度与热效应之间的量化关系方程式，对高熵变一级相变体系的磁弹耦合的理论理解起到积极意义（Physical Review B 96 (2017) 224105）。

[011]取向Ni₅₀Fe₁₉Ga₂₇Co₄单晶的应力-应变曲线（上图）和不同晶体学方向的弹热温变比较

　　为克服Mn基磁性形状记忆合金的脆性问题，该实验室还提出了NiFeGa基新型弹热体系。不同于基于热弹性马氏体相变的传统磁性形状记忆合金，研究人员发现NiFeGa体系具有特殊马氏体相变类型，在[011]取向的Ni₅₀Fe₁₉Ga₂₇Co₄单晶中观察到爆发型马氏体相变导致的弹热效应，获得了6.1K的弹热温变和40K的工作温度窗口。通过与热弹性相变模式下的弹热效应进行比较，揭示了爆发动力学特征对应力诱发的相变及弹热效应的影响。相变的爆发特征一方面导致马氏体相变的临界应力不再随温度而线性变化，另一方面增加了应力滞后，降低了弹热温变。爆发型马氏体相变的动力学性质明显区别于热弹性相变，相变时大量马氏体瞬间形成或消失，因此爆发型马氏体相变的热效应研究有助于全面、深入地理解相变动力学对热效应的影响，也表明磁性形状记忆合金具有强弹热各向异性特征。相关研究结果发表于Scripta Materialia 149 (2018) 6-10。

　　本研究得到国家重点研发计划、国家自然基金委及浙江省自然基金委的支持。