近日，我校资源与材料学院白静教授团队在Ni-Mn-Sn基合金的弹热循环固态制冷性能研究方面取得重要进展，相关成果“Achieving ultrahigh elastocaloric cycling stability in Ni-Mn-Sn-based alloys by microstructure engineering（通过微观结构工程实现Ni-Mn-Sn基合金超高的弹热循环稳定性）”发表在材料领域国际著名期刊Acta Materialia（中科院一区，影响因子9.3）。2021级博士研究生章羽为论文第一作者，白静教授为通讯作者，东北大学为第一完成单位。
研发出兼具大弹性热效应与优异弹热循环稳定性的Ni-Mn-Sn基形状记忆合金，对于推动固态弹热制冷技术发展至关重要。研究团队首先利用第一性原理计算揭示了微合金化硼（B）原子的优先占位特征，并通过弹性常数与差分电荷密度分析阐明了硼合金化增强合金力学性能的内在机制。研究进一步提出一种有效的微观结构调控策略——将吸铸工艺与硼合金化协同结合，该策略可实现多重晶粒细化并引入非相变第二相。此方法显著改善Ni-Mn-Sn基合金的力学性能与弹热循环稳定性。其中，研究获得的细晶(Ni43.5Mn46Sn10.5)98.5B1.5合金在298K下3%压应变卸载条件下实现了高达9.8K的绝热温变，并在288K至368K的宽温区内保持优异的超弹性与稳定的弹热效应表现。更为突出的是，该合金在600 MPa应力下经10⁵次循环后弹热效应几乎无衰减，其循环稳定性显著优于目前已报道的大多数Ni-Mn基及Ni-Fe基磁致形状记忆合金。这一成果为高性能固态制冷材料的研发提供了新的思路与技术路径。
实验设计流程与主要成果