在當今能(néng)源材料中，利用固态相變進(jìn)行能(néng)量轉換的諸多材料體系都(dōu)存在磁彈效應不明顯、室溫以上多鐵性稀缺等主要問題，從而導緻磁-熱-機械三種(zhǒng)能(néng)量形式相互幹預的空間受限，借此提高轉換效率的努力進(jìn)入瓶頸階段。開(kāi)發(fā)出規避這(zhè)些本征缺陷的新材料，發(fā)展新機理以實現多能(néng)量幹預，有效提高轉換效率和功能(néng)穩定性，是攻克此類能(néng)量轉換難關的最有效途徑。目前發(fā)現的磁彈強耦合相變材料包括稀土鐵基化合物和鎳基哈斯勒合金，基本具有多場可控相變的室溫多鐵性質，但功能(néng)的實現和性能(néng)的提高以極大犧牲磁場、溫度和機械循環相變可逆性爲代價，緻使這(zhè)類材料的實際應用受到阻礙。爲解決功能(néng)和結構一體化難題，甯波材料所稀土磁性功能(néng)材料實驗室一直緻力于通過(guò)微觀組織調控和先進(jìn)制備加工技術，以獲得支撐磁性和非磁性能(néng)的平衡要素點，如：采用高壓光學(xué)浮區定向(xiàng)凝固方法生長(cháng)出[001]方向(xiàng)單晶Co₅₀Ni₂₀Ga₃₀合金，在上百次機械循環過(guò)程中保持了6 K的應力誘導溫變(Scripta Mater., 2017, 127, 1)；利用高溫度梯度液态金屬冷卻定向(xiàng)凝固生長(cháng)了[001]強織構Ni₄₅Mn_36.5In_13.5Co₅合金，在5%大應變下獲得8K溫變(Appl. Phys. Lett., 2017, 110, 021906)；在Ni-Mn基Heusler合金中摻入稀土元素Tb或過(guò)渡族元素Cu，适當引入韌性第二相，提高了合金的斷裂強度，而熱效應降低不顯著(J Alloys Compd., 2017, 696, 538; Scripta Mater., 2017, 130, 278)，并系統研究了超彈性動力學(xué)參數和制冷效率的優化條件(Sci. Reports, 2017, 7, 2084)。 

　　最近，稀土磁性功能(néng)材料實驗室與德國(guó)達姆斯塔特工業大學(xué)合作，制備了α-Fe/La-Fe-Si雙相磁熱材料，可以加工成(chéng)比表面(miàn)積大的片材，在後(hòu)續的吸氫處理中仍能(néng)保持初始形狀。所獲得的雙相氫化合物相比于單相合金，室溫導熱系數由2W/mK提升至6W/mK，并保持良好(hǎo)的磁熱性能(néng)（1.9 T下絕熱溫變5.5 K）。更爲重要的是，該種(zhǒng)雙相合金的三點彎曲強度爲60 MPa，是聚合物粘接體的兩(liǎng)倍，在經(jīng)曆10⁵次磁場循環後(hòu)仍能(néng)保持初始形狀。該結果初步達到了高磁熱、高導熱和高強度的磁工質要求，發(fā)表在Acta Mater. (2017, 125, 506) 。 

　　此外，在磁性馬氏體相變材料中，實驗室研究人員與香港科技大學(xué)合作，提出了相變熱與循環性質統一的研究策略：從立方到單斜型的可逆相變因其相變前後(hòu)結構對(duì)稱性差異大，相變潛熱高，超彈區形變大，通過(guò)設計晶格和調節微觀結構的相容性，在不犧牲其潛熱和變形的同時提高此類材料的機械循環特性和功能(néng)可逆性，將(jiāng)其推向(xiàng)能(néng)量轉化材料的應用前沿。通過(guò)成(chéng)分優化獲得了絕熱溫變高達13 K的巨彈熱Ni₅₀Mn_31.5In₁₆Cu_2.5磁性形狀記憶合金。原位勞厄X射線衍射實驗結合馬氏體非線性幾何理論計算結果表明，孿晶馬氏體二次對(duì)稱軸的長(cháng)度在可逆相變形變過(guò)程中保持不變，在變形張量作用下，第一型孿晶可以形成(chéng)無應力界面(miàn)層的相容三叉晶界，第二型孿晶可以形成(chéng)無應力層的平行晶界，從而可保證相變界面(miàn)完全相容的同時而允許無窮多可能(néng)的孿晶結構，相變過(guò)程中材料會自動協調形成(chéng)特殊相容微觀組織。這(zhè)樣(yàng)不僅大大降低了原本的相變滞後(hòu)，對(duì)于循環下材料功能(néng)性和可逆性都(dōu)有著(zhe)更顯著的提高。因此，該合金的相變滞後(hòu)達到3 K的低值，馬氏體相變在10⁵次磁場循環前後(hòu)保持高度穩定。該工作爲開(kāi)發(fā)兼具巨熱效應和高相變循環穩定性材料提供了理論支撐，結果發(fā)表在Acta Mater. (DOI:10.1016/j.actamat.2017.05.020)。 

　　（稀土磁性功能(néng)材料實驗室，趙德偉，邵豔豔）