固态制冷技術具有環保高效的特點，是替代傳統氣體壓縮制冷技術的熱門候選者之一。這(zhè)項新型制冷技術的工作基礎是固态相變材料在晶體結構随外場改變的過(guò)程中吸收和釋放潛熱所帶來的熱效應。因此，相變熱力學(xué)和動力學(xué)性質直接影響著(zhe)材料的熱性能(néng)。磁性形狀記憶合金是近年來備受矚目的固态相變材料，其在磁場和應力場的單獨或耦合幹預下均能(néng)發(fā)生磁性馬氏體相變，實現能(néng)量轉換，産生磁熱、彈熱和壓熱效應。強磁彈交互作用是實現多場驅動相變的關鍵。近年來，甯波材料所稀土磁性功能(néng)材料實驗室在Mn基磁性形狀記憶合金熱性能(néng)方向(xiàng)進(jìn)行了系統的實驗研究，報道(dào)了數十類新型磁性彈熱材料。在實驗研究的基礎上，研究人員近期與西班牙巴塞羅那大學(xué)的Planes教授等人合作對(duì)NiMnGaCu合金的相圖和相變熵變進(jìn)行了朗道(dào)唯象模拟，通過(guò)提出磁彈交互強度的關鍵參數，建立了磁彈交互強度與熱效應之間的量化關系方程式，對(duì)高熵變一級相變體系的磁彈耦合的理論理解起(qǐ)到積極意義（Physical Review B 96 (2017) 224105）。

　　爲克服Mn基磁性形狀記憶合金的脆性問題，該實驗室還(hái)提出了NiFeGa基新型彈熱體系。不同于基于熱彈性馬氏體相變的傳統磁性形狀記憶合金，研究人員發(fā)現NiFeGa體系具有特殊馬氏體相變類型，在[011]取向(xiàng)的Ni50Fe19Ga27Co4單晶中觀察到爆發(fā)型馬氏體相變導緻的彈熱效應，獲得了6.1K的彈熱溫變和40K的工作溫度窗口。通過(guò)與熱彈性相變模式下的彈熱效應進(jìn)行比較，揭示了爆發(fā)動力學(xué)特征對(duì)應力誘發(fā)的相變及彈熱效應的影響。相變的爆發(fā)特征一方面(miàn)導緻馬氏體相變的臨界應力不再随溫度而線性變化，另一方面(miàn)增加了應力滞後(hòu)，降低了彈熱溫變。爆發(fā)型馬氏體相變的動力學(xué)性質明顯區别于熱彈性相變，相變時大量馬氏體瞬間形成(chéng)或消失，因此爆發(fā)型馬氏體相變的熱效應研究有助于全面(miàn)、深入地理解相變動力學(xué)對(duì)熱效應的影響，也表明磁性形狀記憶合金具有強彈熱各向(xiàng)異性特征。相關研究結果發(fā)表于Scripta Materialia 149 (2018) 6-10。

　　本研究得到國(guó)家重點研發(fā)計劃、國(guó)家自然基金委及浙江省自然基金委的支持。

[011]取向(xiàng)Ni50Fe19Ga27Co4單晶的應力-應變曲線（上圖）和不同晶體學(xué)方向(xiàng)的彈熱溫變比較（下圖）

（稀土磁性功能(néng)材料實驗室 趙德偉）