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    我国学者在金属弹热材料研究领域取得新进展

    日期 2019-07-25   来源:工程与材料科学部   作者:郑雁军 邓意达  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号:51822102,51731005,51527801)等资助下,北京科技大学新金属材料国家重点实验室从道永、王沿东教授团队和西班牙巴塞罗娜大学、美国阿贡国家实验室开展合作研究,发现了NiMnTiB多晶块体合金的庞弹热效应。研究成果以“Colossal Elastocaloric Effect in Ferroelastic Ni-Mn-Ti Alloys”(铁弹Ni-Mn-Ti合金的庞弹热效应)为题,于2019年6月26日发表在Physical Review Letters PRL)(《物理评论快报》)上,论文链接:https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.122.255703。

      在全球气候变暖的大背景下,制冷对现代生活变得日益重要。目前广泛采用的气体压缩制冷技术能效低且对环境产生有害气体。基于应力诱发马氏体正(逆)相变放(吸)热的固态弹热制冷对环境友好、节能高效,已成为最有希望取代传统气体压缩的新型制冷技术。弹热制冷的实施依赖于高性能弹热材料的研制,弹热制冷能力与弹热材料的质量成正比。目前最大的弹热效应存在于原型形状记忆合金NiTi,但大弹热效应(绝热温变约25K)多发现于小尺寸薄膜、细丝等,不适合大规模弹热制冷应用。研制具有大弹热效应、易于大规模制备的多晶块体合金一直是弹热材料研究领域的一大挑战。

      从道永、王沿东教授团队及合作者采用“相变前后晶胞体积变化越大相变熵变越大”的设计思路,并利用硼微合金化强化晶界克服合金晶界脆性,设计并研制出具有庞弹热效应的NiMnTiB多晶块体合金。该合金的绝热温变高达31.5K,等温熵变高达45J/kgK,弹热性能远超过原型NiTi合金,其绝热温变为所有固态制冷材料绝热温变最高值。在成本低廉、易于制备的多晶块体合金中发现如此大的弹热效应,对推动高效环保弹热制冷新技术的工程化应用,具有极为重要的价值。此外,该研究工作对于铁弹材料中巨热效应(Giant caloric effect)的深入认识也有启发作用。




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