【摘 要】
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Ni-Mn-Sn磁性形状合金因其独特的磁驱马氏体相变,具有大磁感生应变、巨磁热效应、巨磁阻效应等特性,可应用于磁驱传感、能源环境和信息存储等领域。然而,该合金的工作温度较低,严重限制了其在高温环境的应用。此外,在一些特殊场合,需要根据环境的变化而改变其工作温度。因此开发具有高工作温度和宽工作温区的Ni-Mn-Sn磁性形状记忆合金是当前亟待解决的重要问题。元素掺杂和施加应力可显著改变Ni-Mn-Sn
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Ni-Mn-Sn磁性形状合金因其独特的磁驱马氏体相变,具有大磁感生应变、巨磁热效应、巨磁阻效应等特性,可应用于磁驱传感、能源环境和信息存储等领域。然而,该合金的工作温度较低,严重限制了其在高温环境的应用。此外,在一些特殊场合,需要根据环境的变化而改变其工作温度。因此开发具有高工作温度和宽工作温区的Ni-Mn-Sn磁性形状记忆合金是当前亟待解决的重要问题。元素掺杂和施加应力可显著改变Ni-Mn-Sn合金的相稳定性和磁性质,有望成为调控其工作温度和工作温区的有效途径。为此,本文采用元素共掺杂（Pt与Co）、静水压调控和应变调控三种方法来提高合金的工作温度和拓宽工作温区,利用第一性原理计算系统研究上述三种方法对Ni-Mn-Sn合金相变行为、磁性质及相变温度的影响规律及机理。研究发现,掺杂Co元素能够提高Ni-Mn-Sn合金居里温度（TC）,并增大奥氏体相与马氏体相磁化强度差（ΔM）,但使马氏体相变温度（TM）明显降低;随着掺杂Pt含量的增加,Ni-Mn-Sn合金TM与TC均显著升高。通过调节Pt与Co元素共掺杂配比在Ni-Mn-Sn合金中实现了高温磁驱马氏体相变。预测结果表明,Ni11Pt3Co2Mn13Sn3合金的工作温度高达412K,可应用于高温环境。计算结果表明,静水压对Ni-Mn-Sn合金TM有显著影响。随着静水压的增加,奥氏体相与马氏体相能量差增大,合金TM升高;另一方面,掺杂Co元素能够同时提高Ni-Mn-Sn合金TC与ΔM。因此,施加静水压可以动态调控Ni-Co-Mn-Sn合金的工作温度。在0-3GPa静水压下,Ni14Co2Mn13Sn3合金的工作温度范围为256-338K,实现了拓宽合金工作温区（80K）。相比于静水压调控,应变调控具有更大的调控范围,且实验上更容易实现。计算结果显示,随着双轴应变的增加,Ni-Mn-Sn合金TM显著上升,但对ΔM影响较小;将双轴应变与掺杂Co元素相结合,能够保证Ni-Mn-Sn合金具有大ΔM,并拓宽合金的工作温度区间。在-1.0%～1.5%的双轴应变作用下,Ni14Co2Mn13Sn3合金的工作温区为181-384K,满足由低温至高温环境宽温区的应用需求。
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