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Ni-Mn-Ga薄膜是微机电系统中微传感器和微驱动器的优选材料,已经引起了许多研究者的广泛关注。然而,目前制备出的Ni-Mn-Ga薄膜中包含多种晶体结构的相、多种取向的马氏体变体和复杂的微观组织,导致其很难获得较大的磁场诱发应变。揭示Ni-Mn-Ga 薄膜中微观组织与晶体学取向之间的内在联系、探究 Ni-Mn-Ga 薄膜中马氏体相变过程及晶体学取向关系,是通过取向调控和外场训练处理消除不利的马氏体变体,获得较大磁场诱发应变的前提。但是,Ni-Mn-Ga薄膜中的马氏体板条尺寸远远小于块体材料中的马氏体板条尺寸,使得马氏体相的晶体学取向表征异常困难。本论文针对这一科学难题,利用X-射线衍射(XRD),扫描电镜,电子背散射衍射(EBSD)和透射电镜(TEM),对外延生长Ni-Mn-Ga薄膜进行了系统全面的晶体学分析和研究。结果如下:首先,利用直流磁控溅射在MgO(100)基板上制备了<001>A取向的外延生长Ni-Mn-Ga薄膜,并研究了化学成分对Ni-Mn-Ga薄膜微观组织和晶体结构的影响。XRD结果表明,当成分为Ni49Mn28Ga23时,薄膜中为奥氏体相;当成分为Ni49Mn29Ga22和Ni50Mn28Ga22时,薄膜中存在奥氏体、7M马氏体和NM马氏体三相;当成分为Ni49Mn35Ga16时,薄膜中存在7M马氏体和NM马氏体。<001>A取向的Ni50.33Mn29.92Ga19.75薄膜中奥氏体为面心立方有序结构,晶格常数为aA=0.5773nm。7M马氏体的晶体结构为非公度单斜结构,晶格常数为:a7M=0.4262nm,b7M=0.5442nm,c7M=41.997nm,β=93.7°。NM 马氏体为四方晶体结构,晶格常数为:aNM=bNM =0.3835 nm,cNM=0.6680 nm。扫描电镜结果表明<001>A取向的Ni50.33Mn29.92Ga19.75薄膜由两种特征微观组织组成:一种是平行于基板边界的平直低对比度反差区域马氏体板条,另一种是与基板边界成45°夹角的弯曲高对比度反差区域马氏体板条。利用控制厚度的电解抛光技术研究薄膜微观组织随厚度的变化发现:随着抛光时间的延长,薄膜马氏体板条的宽度突然降低。这表明在表层部分为粗大的马氏体板条,底层靠近基板的部分为细小的马氏体板条,少量残余奥氏体与基板接触。通过分析EBSD的菊池花样,发现表层粗大的马氏体板条为NM马氏体,底层细小的马氏体板条为7M马氏体。每个马氏体变体团均由4种不同取向的马氏体板条组成,且每个板条中由两种取向的NM马氏体变体或一种取向的7M马氏体变体。因此,在每个马氏体变体团中共有8种取向的NM马氏体变体,或者4种取向的7M马氏体变体。根据EBSD获得马氏体变体的取向和晶体学计算可知,在<001>A取向Ni50.33Mn29.92Ga19.75薄膜中一个马氏体板条内部的两个NM马氏体变体为复合孪生关系。在平直的低对比度反差区域,复合孪生的NM马氏体变体关于板条界面对称分布。然而在弯曲的高对比度反差区域,复合孪生的NM马氏体变体关于板条界面不对称分布。对于七层调制马氏体,在平直的低对比度反差区域,存在较多的Ⅰ型孪晶界面;在弯曲的高对比度反差区域,存在较多的Ⅱ型孪晶界面。形成这种分布的原因是由于在相变过程中这两个区域受到MgO(100)基板的阻碍不同。深入的EBSD研究结果表明,在<001>A取向Ni50.33Mn29.92Ga19.75薄膜中存在6个NM马氏体变体团,每个NM马氏体变体团有8种NM马氏体变体,因此在整个Ni-Mn-Ga薄膜中,有48种不同取向的NM马氏体变体。对于7M马氏体,同样存在6个变体团,不过每个变体团有4种取向的7M马氏体变体,总共有24种取向的7M马氏体变体。这说明,Ni-Mn-Ga薄膜中NM马氏体变体必须经过7M才能获得48个变体。每种7M马氏体变体转变为两种取向的NM马氏体变体。基于以上研究,利用直流磁控溅射在MgO(111)和A12O3(110)单晶基板制备了<110>A取向的外延生长Ni-Mn-Ga薄膜,研究了化学成分和薄膜厚度对Ni-Mn-Ga薄膜微观组织和晶体结构的影响。扫描电镜和XRD研究结果表明,通过优化化学成分和薄膜厚度能够将柱状晶Ni-Mn-Ga薄膜调整为连续Ni-Mn-Ga薄膜;在MgO(111)基板上制备的<110>A取向Ni-Mn-Ga薄膜中存在三种奥氏体取向,而A12O3(1 10)基板上制备的<110>A取向Ni-Mn-Ga薄膜只有一种奥氏体取向;最终,在厚度为200nm,且取向为<110>A的Ni48.65Mn28.94Ga22.41薄膜中观察到了磁场诱发马氏体重取向。综上所述,本论文解析了外延生长Ni-Mn-Ga薄膜中7M马氏体的晶体结构及马氏体变体取向分布与微观组织之间的内在联系,揭示了外延生长Ni-Mn-Ga薄膜马氏体相变过程及晶体学取向关系,通过调控Ni-Mn-Ga薄膜的晶体学取向获得了大磁场诱发马氏体变体重取向。