中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
磁致伸縮材料是感知磁場并產(chǎn)生智能驅(qū)動特性的特種功能材料，在深空與深海探測等高技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。高性能工程應(yīng)用要求磁致伸縮材料不僅能在寬溫域內(nèi)產(chǎn)生無滯后的大體積磁致伸縮效應(yīng)，即同時沿縱向和橫向產(chǎn)生大的彈性變形，而且具備良好的結(jié)構(gòu)承載性，即兼具高強(qiáng)度和高塑性。然而，基于二級相變的磁性材料不產(chǎn)生體積磁致伸縮效應(yīng)，且大磁致伸縮材料多為本征脆性的金屬間化合物，盡管少部分具有大體積磁致伸縮效應(yīng)的一級相變材料塑韌性良好，但存在磁致伸縮滯后大和服役溫域窄的先天不足。因此，亟需發(fā)展新原理和新方法，研發(fā)同時滿足上述結(jié)構(gòu)-功能一體化苛刻要求的先進(jìn)材料。
最近，前沿院馬天宇教授團(tuán)隊基于多主元交互效應(yīng)思想，設(shè)計出一種新型磁性材料——寬溫域無滯后大體磁致伸縮強(qiáng)韌高熵合金（Fe-Co-Al-Cr-Ni，簡稱Ni10-HEA）。如圖1所示，該合金在298 K到100 K的寬溫域表現(xiàn)出無滯后的大體積磁致伸縮效應(yīng)，其體積磁致伸縮系數(shù)和服役溫域均優(yōu)于已有的體磁致伸縮材料。此外，該合金還同時具備寬溫域高強(qiáng)度和高韌性，屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度和拉伸斷裂應(yīng)變均優(yōu)于商用磁致伸縮材料，而且在降溫過程中也不發(fā)生韌-脆轉(zhuǎn)變。因此，該工作為深空與深海探測技術(shù)急需的特種功能材料提供了重要候選，也為設(shè)計高性能結(jié)構(gòu)-功能一體化材料提供了新思路。相關(guān)工作以《強(qiáng)韌高熵合金的無滯后大體磁致伸縮效應(yīng)》“Large Non-hysteretic Volume Magnetostriction in a Strong and Ductile High-Entropy Alloy”為題在線發(fā)表于材料領(lǐng)域國際頂級期刊《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）。同時，該工作已申報國家發(fā)明專利。
圖1 FeCoAlCrNi高熵合金(Ni10-HEA)的磁致伸縮曲線、拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線、主要性能指標(biāo)與其他磁致伸縮材料的比較
前沿院助理教授茍峻銘和博士生潘贇為論文第一作者，馬天宇教授為論文通訊作者，合作者包括中國工程物理研究院張昌盛博士、四川大學(xué)劉暢博士和中國科學(xué)院寧波材料研究所夏衛(wèi)星研究員。西安交通大學(xué)前沿院和金屬材料強(qiáng)度國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為論文通訊單位。研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金項(xiàng)目的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202404192
