在固態(tai)制冷領(ling)域(yu)，彈(dan)熱制冷技術具(ju)有驅動方式(shi)多樣化、絕熱溫變值較大和工(gong)作溫區易拓寬等(deng)綜合優勢。變磁(ci)NiMn基Heusler形狀記憶合金具(ju)備臨界應力(li)低、滯后小等(deng)性(xing)能，并包(bao)含磁(ci)彈(dan)耦合的特性(xing)，可通過以適當次序(xu)同時或分步(bu)施加應力(li)和磁(ci)場來增強彈(dan)熱性(xing)能。但是(shi)這類金屬間化合物(wu)的本征脆性(xing)是(shi)制約(yue)固態(tai)制冷器件(jian)發展的主要(yao)瓶頸。

在(zai)以(yi)往的(de)研究(jiu)中(zhong)，一般通過元素摻雜、微觀結(jie)構優化和(he)織構調控來解決合(he)金(jin)的(de)脆性問題。近年來，我國(guo)研究(jiu)者(zhe)發現(xian)的(de)一種新型的(de)全(quan)過渡(du)族Heusler磁性合(he)金(jin)NiMnTi，除了擁有(you)傳(chuan)統(tong)Heusler形(xing)狀記憶合(he)金(jin)一樣(yang)的(de)優點外，還(huan)具有(you)良好的(de)力(li)學性能(neng)，其韌性和(he)抗壓(ya)強度是傳(chuan)統(tong)Ni-Mn基合(he)金(jin)的(de)數倍。在(zai)早期研究(jiu)中(zhong)，中(zhong)國(guo)科學院磁性材料與器件重點實驗室報道(dao)了Ni(Co)MnTi合(he)金(jin)中(zhong)具有(you)大的(de)彈熱可逆絕(jue)熱溫變（Applied Physics Letters 2019, 114, 101903），但是臨界應力(li)和(he)滯(zhi)后較大的(de)問題還(huan)有(you)待解決。

近期(qi)，實驗室(shi)魏志(zhi)陽、沈毅等(deng)人通過(guo)(guo)(guo)定向(xiang)(xiang)凝固的(de)(de)(de)(de)方法制備了具有(you)〈001〉擇優取(qu)向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)Ni35.5Co14.5Mn35Ti15全過(guo)(guo)(guo)渡族(zu)Heusler合(he)金(jin)(jin)，并研(yan)究了其凝固織(zhi)構(gou)(gou)與(yu)(yu)彈熱性能的(de)(de)(de)(de)關聯機制。通過(guo)(guo)(guo)電子背散射(she)(she)(she)衍射(she)(she)(she)發現該合(he)金(jin)(jin)具有(you)從(cong)奧氏體〈001〉取(qu)向(xiang)(xiang)到(dao)5層調制馬氏體〈105〉取(qu)向(xiang)(xiang)的(de)(de)(de)(de)晶體學遺傳關系。利用透射(she)(she)(she)電子顯微鏡(jing)觀(guan)察到(dao)多重調制的(de)(de)(de)(de)馬氏體，源于該合(he)金(jin)(jin)弱(ruo)的(de)(de)(de)(de)d-d共價雜(za)化。此外，還引入原位高分辨數字(zi)圖像關聯技(ji)術（DIC）以監(jian)測(ce)應(ying)力誘發馬氏體相(xiang)變全過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)(de)(de)(de)二維應(ying)變場，發現該取(qu)向(xiang)(xiang)合(he)金(jin)(jin)在超彈性變形(xing)過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)相(xiang)鄰晶粒的(de)(de)(de)(de)變形(xing)具有(you)良(liang)好(hao)的(de)(de)(de)(de)一致性與(yu)(yu)協調性。這就從(cong)晶體結(jie)(jie)構(gou)(gou)與(yu)(yu)組(zu)織(zhi)結(jie)(jie)構(gou)(gou)兩(liang)方面解釋(shi)了該合(he)金(jin)(jin)臨(lin)界應(ying)力低(di)和應(ying)力滯后(hou)小的(de)(de)(de)(de)根源。紅外熱成像技(ji)術與(yu)(yu)DIC技(ji)術相(xiang)結(jie)(jie)合(he)發現，絕(jue)熱壓縮循環過(guo)(guo)(guo)程(cheng)中(zhong)樣品(pin)內部(bu)相(xiang)變不同步加劇所產生的(de)(de)(de)(de)局(ju)部(bu)應(ying)變不均(jun)勻會導致應(ying)力應(ying)變曲線變陡(dou)峭、暫時殘(can)余應(ying)變和滯后(hou)增(zeng)大(da)等(deng)現象的(de)(de)(de)(de)產生。

該合(he)金在(zai)低(di)的(de)臨界應力(li)38MPa和小的(de)滯后54MPa下(xia)就實現(xian)了11.5K的(de)絕熱溫變(bian)。其重要的(de)彈(dan)熱效應衡量指標(biao)——單位臨界應力(li)下(xia)的(de)絕熱溫變(bian)值達到(dao)了0.31K/MPa，超(chao)過(guo)了以(yi)往報道的(de)典(dian)型一(yi)級相變(bian)彈(dan)熱材(cai)料。本工作(zuo)對(dui)深入理解全過(guo)渡族Heusler變(bian)磁形(xing)狀記憶合(he)金的(de)馬氏體轉變(bian)行為和促進(jin)高性(xing)能彈(dan)熱材(cai)料的(de)設計提供了重要指導(dao)意義。研(yan)究結(jie)果發(fa)表在(zai)Acta Materialia（2020, 188, 677-685）上，得到(dao)了中科(ke)院(yuan)國(guo)際合(he)作(zuo)項目(mu)（174433KYSB20180040）、國(guo)家(jia)自然科(ke)學基金（51801225、51771218、51531008）的(de)支(zhi)持。

圖(tu)（a）〈001〉擇(ze)優取(qu)向(xiang)的(de)Ni35.5Co14.5Mn35Ti15合(he)金的(de)高分辨TEM圖(tu)像；（b）〈001〉取(qu)向(xiang)Ni(Co)MnTi樣品的(de)等溫應(ying)(ying)力應(ying)(ying)變曲線(xian)，插圖(tu)為(wei)樣品壓縮(suo)方向(xiang)的(de)反(fan)極圖(tu)；（c）最大(da)應(ying)(ying)變加載時的(de)紅外照片和DIC應(ying)(ying)變云圖(tu)；（d）室(shi)溫附(fu)近(jin)典(dian)型一級(ji)相變彈熱材料的(de)比絕熱溫變（|△Tad/σcr|和|△Tad/εtr|）對(dui)比圖(tu)