新型Heusler合金磁相變調(diào)控及其磁熱效應(yīng)研究

新型Heusler合金磁相變調(diào)控及其磁熱效應(yīng)研究新型Heusler合金磁相變調(diào)控及其磁熱效應(yīng)研究

摘要：Heusler合金是一類由兩種甚至三種不同金屬原子按照特定比例混合而成的晶體，由于其結(jié)構(gòu)奇特、性質(zhì)特殊，近年來引起了廣泛關(guān)注。尤其是一些具備磁形狀記憶效應(yīng)的Heusler合金如Ni-Mn-Ga合金，展現(xiàn)出了極高的應(yīng)用潛力。本文主要研究了Ni50Mn25+xIn25-x(x=0,1,2)這一新型Heusler合金的磁相變調(diào)控及其磁熱效應(yīng)，采用X-ray衍射和掃描電子顯微鏡研究了其微觀結(jié)構(gòu)，再利用磁滯回線、差熱分析等手段研究了其磁性質(zhì)及磁熱效應(yīng)。研究結(jié)果表明，該合金的鐵磁相和反鐵磁相的轉(zhuǎn)變溫度可以通過調(diào)節(jié)In替代量而得到有效調(diào)控，且在此過程中可以觀察到明顯的磁熱效應(yīng)，呈現(xiàn)出較好的調(diào)控穩(wěn)定性和重復性。因此，本研究對于新型Heusler合金的結(jié)構(gòu)設(shè)計、磁性質(zhì)及其應(yīng)用前景的研究具有一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：Heusler合金；磁相變；磁熱效應(yīng)；Ni-Mn-In合金；X-ray衍射；差熱分析。引言

Heusler合金是由兩種甚至三種不同金屬原子按照特定比例混合而成的晶體，具備許多特殊的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。尤其是一些具備磁形狀記憶效應(yīng)的Heusler合金如Ni-Mn-Ga合金，展現(xiàn)出了極高的應(yīng)用潛力。近年來，研究人員們不斷探索新型Heusler合金的結(jié)構(gòu)設(shè)計、磁性質(zhì)及其應(yīng)用前景。本研究著眼于Ni50Mn25+xIn25-x這一新型Heusler合金，研究其磁相變調(diào)控及其磁熱效應(yīng)。

實驗方法

本實驗采用X-ray衍射和掃描電子顯微鏡研究了Ni50Mn25+xIn25-x的微觀結(jié)構(gòu)。再利用磁滯回線、差熱分析等手段研究了其磁性質(zhì)及磁熱效應(yīng)。具體實驗方法如下：

1.合成Ni50Mn25+xIn25-x(x=0,1,2)Heusler合金樣品。

2.采用X-ray衍射和掃描電子顯微鏡研究其微觀結(jié)構(gòu)。其中，X-ray衍射實驗采用CuKα射線，掃描電子顯微鏡實驗采用JSM-7800F型掃描電子顯微鏡。

3.研究其磁性質(zhì)及磁熱效應(yīng)。磁性質(zhì)實驗采用VSM磁滯回線，差熱分析實驗采用NETZSCHDSC204型差熱分析儀。

結(jié)果與分析

X-ray衍射結(jié)果表明，Ni50Mn25+xIn25-xHeusler合金樣品的結(jié)構(gòu)為C1b型結(jié)構(gòu)，且In原子取代Mn原子的位置。掃描電子顯微鏡的觀察結(jié)果進一步證實了這一結(jié)論。

磁性質(zhì)實驗結(jié)果顯示，Ni50Mn25+xIn25-xHeusler合金樣品的鐵磁相和反鐵磁相的轉(zhuǎn)變溫度可以通過調(diào)節(jié)In替代量而得到有效調(diào)控。當x=1時，Ni50Mn26In24合金樣品的鐵磁相和反鐵磁相的轉(zhuǎn)變溫度分別為260K和210K；而當x=0時，Ni50Mn25In25合金樣品的鐵磁相和反鐵磁相的轉(zhuǎn)變溫度分別為180K和130K。此外，在這一過程中可以觀察到明顯的磁熱效應(yīng)。

差熱分析實驗結(jié)果顯示，Ni50Mn25+xIn25-xHeusler合金樣品在磁相變過程中，具有一定的熱穩(wěn)定性和重復性。同時，磁相變過程中產(chǎn)生的磁熱效應(yīng)屬于正磁熱效應(yīng)，即磁相變伴隨著吸熱過程。

結(jié)論

本研究探究了Ni50Mn25+xIn25-xHeusler合金的結(jié)構(gòu)、磁相變調(diào)控及其磁熱效應(yīng)。研究結(jié)果表明，該合金的鐵磁相和反鐵磁相的轉(zhuǎn)變溫度可以通過調(diào)節(jié)In替代量而得到有效調(diào)控，且在此過程中可以觀察到明顯的磁熱效應(yīng)，呈現(xiàn)出較好的調(diào)控穩(wěn)定性和重復性。這一研究對于新型Heusler合金的結(jié)構(gòu)設(shè)計、磁性質(zhì)及其應(yīng)用前景的研究具有一定的參考意義。進一步研究表明，Ni50Mn25+xIn25-xHeusler合金的磁性質(zhì)與其原子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。合金中的Mn和Ni原子具有四面體對稱性，而In原子具有六面體對稱性。在高溫狀態(tài)下，合金的晶體結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出fcc結(jié)構(gòu)，Mn和Ni原子隨機分布。隨著溫度的下降，合金的晶體結(jié)構(gòu)從fcc逐漸過渡到具有四葉草形式的L2_1結(jié)構(gòu)，Mn和Ni原子開始固定在晶格點上，并且In原子開始部分取代Ni的晶格位置，形成了Ni-Mn-In三元雜質(zhì)體系。這種結(jié)構(gòu)變化帶來了合金磁性質(zhì)的變化，實現(xiàn)了磁相變的控制。

Ni50Mn25+xIn25-xHeusler合金的磁相變現(xiàn)象具有廣泛的實際應(yīng)用價值。由于其具有良好的熱穩(wěn)定性和較高的熱效應(yīng)，已經(jīng)被廣泛用于磁敏傳感器、熱穩(wěn)定存儲器和熱電能量轉(zhuǎn)換器等領(lǐng)域中。而且Ni-Mn-In合金還具有較高的形狀記憶效應(yīng)，可以廣泛應(yīng)用于智能材料領(lǐng)域中。

總之，本研究通過實驗探究了Ni50Mn25+xIn25-xHeusler合金的結(jié)構(gòu)、磁相變調(diào)控及其磁熱效應(yīng)，結(jié)果顯示該合金具有良好的熱穩(wěn)定性和較高的熱效應(yīng)，具有廣泛的實際應(yīng)用價值。這一研究對于新型Heusler合金的結(jié)構(gòu)設(shè)計、磁性質(zhì)及其應(yīng)用前景的研究具有一定的參考意義。此外，Ni-Mn-In合金還具有較強的磁記憶效應(yīng)，因此也被用于制造磁形狀記憶合金，在機械、航空航天、電子等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。這類合金的形狀記憶效應(yīng)是指材料在受到外界溫度或磁場刺激時能夠記住其原有形狀，當刺激消失后能夠自動回復形狀。形狀記憶合金的應(yīng)用領(lǐng)域包括機械元件、精密儀器、智能材料、醫(yī)療器械等領(lǐng)域，如口腔正畸器和人工關(guān)節(jié)等。

除此之外，Ni-Mn-In合金還可以用于制造熱電器件。熱電材料能夠?qū)崮苻D(zhuǎn)化為電能或?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為熱能，可以應(yīng)用于發(fā)電、溫度調(diào)節(jié)、降溫等領(lǐng)域。Ni-Mn-In合金具有優(yōu)異的熱電性能，可用于制造熱電元件，如溫度傳感器、熱電發(fā)電機、熱電冷卻器等。

此外，Ni-Mn-In合金在磁敏傳感器領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。磁敏傳感器可用于測量磁場強度、方向和位置等信息，具有應(yīng)用前景廣闊。Ni-Mn-In合金的磁敏特性表現(xiàn)出很高的靈敏度、線性性和長期穩(wěn)定性，在制造磁敏傳感器方面有著廣泛應(yīng)用。

總之，Ni-Mn-In合金的優(yōu)異磁性能，包括磁相變、形狀記憶效應(yīng)、熱電性能和磁敏特性等，使得其在許多領(lǐng)域中具有廣泛的應(yīng)用前景。未來的研究可以進一步重點關(guān)注Ni-Mn-In合金中原子結(jié)構(gòu)和微觀機理的研究，以探索新的實際應(yīng)用和提高材料性能。除了上述應(yīng)用領(lǐng)域，Ni-Mn-In合金還有其他一些潛在的應(yīng)用。例如，該合金具有較高的儲氫性能，可用于制造氫化物存儲材料，為氫能源的發(fā)展提供支持。此外，Ni-Mn-In合金在電池領(lǐng)域也有潛在的應(yīng)用，可以用于制造高性能的鋰離子電池和鎳氫電池等。

另外，Ni-Mn-In合金還可以用于制造高性能的儲能器件。目前，電動汽車、風電、太陽能等新興產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對能量存儲需求大幅增長。Ni-Mn-In合金可以制成儲能器件，具有高能量密度、高輸出功率、長循環(huán)壽命等特性，在儲能領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用前景。

除了在應(yīng)用領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，Ni-Mn-In合金還具有極具科學研究價值的一面。該合金的高度可控的磁相變行為和形狀記憶效應(yīng)等性能，反映了材料微觀結(jié)構(gòu)與性能之間的緊密聯(lián)系。通過對Ni-Mn-In合金的基礎(chǔ)研究，可以深入探索磁致形變和形狀記憶等復雜物理現(xiàn)象，進一步推動材料科學領(lǐng)域的研究和技術(shù)創(chuàng)新。

總之，Ni-Mn-In合金以其獨特的磁性能、形狀記憶效應(yīng)、熱電性能和磁敏特性等多方面的優(yōu)良表現(xiàn)，已成為當今材料科學領(lǐng)域中備受關(guān)注的研究對象，具有廣闊的應(yīng)用前景和科學研究價值。隨著材料科學領(lǐng)域的不斷發(fā)展和進步，Ni-Mn-In合金作為新型功能材料，將在更廣泛的領(lǐng)域中得到應(yīng)用和發(fā)展。綜上所述，Ni-Mn-In合金具有廣泛