Ni-Mn-Ga基变磁性Heusler合金中的压卡效应研究

二、拟申报项目情况（一）项目介绍（研究目标、研究背景及现状、工作原理和方案设想、计划进度安排等）1研究目标相对于传统的气体制冷材料来说，固体制冷材料具有绿色、环保、无毒的优点，可以减少由于使用气体制冷剂而产生的温室效应，因此，固体制冷材料是新一代制冷技术的理想工质。固体制冷材料的工作原理是在外加场的作用下产生等温熵变或绝热温变以达到致冷的目的[1]。磁性合金材料在加压和退压过程中由于磁结构相变的热效应可以引起自身温度的升高或降低，有望用于制冷装置中。这种压力诱导的磁结构相变过程中的熵变越大，越有利于这种材料在制冷装置中的实际应用。本研究旨在通过不断调整合金的化学配比和组分寻找压致巨熵变材料，实现有效增强压卡效应（barocaloriceffect,BCE），为磁热材料的应用提供基础研究资料和实验积累。2研究背景及现状传统的气体压缩致冷系统有温室效应气体排放，为了减少这种排放，具有大的热效应的材料的研究开发引起了广泛关注。磁性合金材料在一级相变过程中有较大的热效应产生，是新一代制冷系统的理想工质。然而，固体制冷材料能够实际应用的前提是开发出在低的易于生产的低场诱导下具有大的可逆热效应的便宜工质。磁卡效应制冷需要很大的磁场以至于很难产生经济效应。研究发现，磁性材料在磁结构相变附近的压卡效应和强度超过磁卡效应和强度。近来，研发高性能固态压卡材料在材料和物理学领域引起了极大关注，因为这种压卡材料被认为可以促进固态制冷技术的发展。过去几年，等静压诱导的巨压卡效应已经在一些铁磁和铁电材料，如Td-Si-Ge[2]，Ni-Mn-In[3]，La-Fe-Si-Co[4]等材料中实现。但是，这些材料的熵变还不能达到制冷技术的实际应用。3工作原理和方案设想对材料施加外加场如电场、磁场、压力等均会产生热效应，引起这种热效应的本质是晶格、自旋和电极化排序等的变化导致的熵变，因此，可以通过测量等温熵变ΔST或绝热温变ΔTad来衡量材料的热效应。这种热效应在相变点，尤其是在有较大熵变的

一级相变点有显著增强。对材料施加压力所产生的热效应即压卡效应，压卡致冷材料的基本原理就是绝热压缩导致温度升高，释放压力导致温度降低（也有的材料表现出反压热效应），达到制冷的目的。为了完全开发给定材料的压卡效应，弄清ΔST或ΔTad随温度和压力的变化很重要。以前的研究中，等静压下的ΔST和ΔTad均通过直接或准直接的量热法测量。然而，这样的实验条件很苛刻也很难实现。这里，我们通过测量室温下不同等静压作用下的马氏体磁结构相变来间接估算合金的压卡效应[5]。Ni-Mn-Ga基铁磁哈斯勒合金是一种多功能材料。通常，这种合金在降温过程中经历两个不同的转变。一是在奥氏体态的纯磁性相变；一是从L21结构的铁磁奥氏体相经历马氏体相变变为马氏体相。在一些特别的组分中，这两种转变会同时发生，因此导致磁结构转变从顺磁奥氏体态转变为铁磁马氏体态[6]。这种转变与具有巨压卡效应的铁磁材料具有相似之处。另外，实验证实，施加等静压将影响Ni-Mn-Ga合金的高温奥氏体相和低温马氏体相的相对稳定性。因此，我们期望在这种Ni-Mn-Ga基哈斯勒合金的顺磁-铁磁转变中实现巨压卡效应。4计划进度安排第一阶段：从3d和4d过渡族元素的占位性对母体合金物性的影响作为切入点，寻找性能优异的多晶合金。同时，对特定组分的样品利用感应熔炼法制备织构化样品。第二阶段：对不同化学配比和组分的多晶和织构化样品进行类比性研究，结合相关理论，充分论证马氏体相变过程中磁熵变、晶格熵变和磁晶耦合效应与合金组分之间关联性问题，寻找三者之间的最优配置。结合实验数据和相关理论计算马氏体相变过程中的压卡效应。（二）项目自我评价（创新点、实现的可能性、可操作性、可能存在的问题等）1创新点通过系统的物性研究，并基于相关理论去澄清磁熵变、晶格熵变与自旋耦合效应之间的关联性问题。调整合金的组分找到三者之间的最优配置，来有效的增强该类合