中國儲能網(wǎng)訊：隨著環(huán)境問題和能源危機日益嚴(yán)峻，新型固態(tài)制冷技術(shù)以其綠色高效的制冷潛力獲得了各國研究者的關(guān)注。相比傳統(tǒng)的氣體壓縮制冷，利用固態(tài)相變材料的磁-熱-機械等能量轉(zhuǎn)換進行制冷具有綠色環(huán)保、高效節(jié)能的特點。然而，當(dāng)前固態(tài)相變材料的發(fā)展存在兩大挑戰(zhàn)：一、機械加工性差、熱導(dǎo)低；二、使用單一外場激勵時，非完整路徑相變會導(dǎo)致相變潛熱有限。因此，多相復(fù)合材料以其高熱導(dǎo)、良好力學(xué)性能等特點而備受關(guān)注。另外，通過多場耦合增強相變熱效應(yīng)是推動低能耗固態(tài)制冷技術(shù)發(fā)展的有力手段。當(dāng)?shù)痛艌龌虻蛻?yīng)力不能完全驅(qū)動相變時，借助偏置應(yīng)力或磁場的激勵補充原驅(qū)動場的作用，進一步推動相變發(fā)生，產(chǎn)生大的熱效應(yīng)。
現(xiàn)發(fā)現(xiàn)的固態(tài)相變材料中，鑭鐵硅合金以其大磁熵變、低成本、居里溫度可調(diào)等優(yōu)點被認(rèn)為是最具有應(yīng)用前景的磁制冷材料之一。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所稀土磁性功能材料實驗室針對室溫鑭鐵硅材料，在正分比成分的基礎(chǔ)上引入內(nèi)生的第二相，制備了LaFeCoSi/α-Fe雙相復(fù)合材料。研究結(jié)果表明，適當(dāng)?shù)卦黾覨e含量時，基體成分的變化提高了材料的熱導(dǎo)，內(nèi)生相起到了保持良好磁熱性能和提高力學(xué)性能的作用（Applied Physics Letters, 2015, 107, 152403；專利201510078240.8）。另外，還提出了氫化物與低熔點金屬混合熱壓成型技術(shù)，該復(fù)合材料制造方法顯著縮短了制備周期。通過控制熱壓溫度，獲得了相變溫度在1-17℃之間連續(xù)可調(diào)、熱導(dǎo)率為7W/mK、抗壓強度400兆帕的LaFeSiH/Sn復(fù)合材料，綜合性能超過了普遍采用的聚合物粘接磁熱復(fù)合體（Scripta Materialia, 2016, 120, 58；專利201510975703.0）。
與鑭鐵硅相比，磁性馬氏體相變鎳鐵鎵合金具有更好的力學(xué)性能，是一種高韌性材料。在單軸應(yīng)力的驅(qū)動下，發(fā)生相變的同時伴隨著潛熱的釋放和吸收，表現(xiàn)出高潛熱和低滯后。最近，寧波材料所與上海大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士生李揚等采用光學(xué)浮區(qū)法制備了[420]取向的Ni54Fe19Ga27單晶，并在30兆帕的低臨界應(yīng)力驅(qū)動下獲得了7.5K的可逆絕熱溫變，揭示了非穩(wěn)態(tài)動力學(xué)變形條件與相變熱效應(yīng)的非線性內(nèi)在關(guān)聯(lián)，提出通過優(yōu)化變形條件降低應(yīng)力滯后的有效途徑，為解決制冷效率和疲勞壽命等工程問題提供理論基礎(chǔ)（Scientific Reports, 2016, 6, 25500）。另外，還發(fā)現(xiàn)通過機械訓(xùn)練的方法可以大幅降低超彈性應(yīng)力（Scripta Materialia, 2016, 114,1），這對于低應(yīng)力、大溫變彈熱材料的開發(fā)非常有利。
此項研究得到國家自然科學(xué)基金重點項目（51531008）和面上項目（51371184）、浙江省自然科學(xué)基金創(chuàng)新團隊（Y40111DA07）、杰出青年項目（LR14E010001）和面上項目（LY16E010002）的資助。
（左）NiMnSn合金變形時的紅外熱成像圖；（右）應(yīng)力滯后對應(yīng)變量的依賴關(guān)系
