磁性相变材料的研究课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,磁性相变材料的研究,磁性相变材料的研究,研究方向,:,新材料探索,1,）磁致伸缩材料：,TbDyFe,，,FeGa,2,）,稀土金属间化合物，,TbFe11Ti,，,Tb2Fe17,3,）磁性形状记忆合金材料,NiMnGa,，,NiFeGa,4,）,Ni2In-TiNiSi,磁性相变材料,5,）半金属材料,6,）,新型磁性材料探索（磁相变材料）,研究方向:新材料探索,磁性（一）,磁性起源和磁结构：,1,）电荷运动产生磁性,2,）自旋磁矩和轨道磁矩,3,）原子磁矩，磁结构,4,）顺磁性，铁磁性和反铁磁性,磁性（一）,磁性（二）,7,）技术磁化效应：磁畴，磁滞回线，饱和磁化强度，剩磁和矫顽力,8,）软磁和硬磁,永磁电机和微波材料,磁畴,磁性（二）磁畴,从某一物质结构转变成另一物质结构,水结冰，蒸汽（固,-,液,-,气）,固态相变：析出,原子占位有序化：,CuAu,合金，,Heusler,合金,晶体结构转变：非原子扩散,马氏体相变,相 变,相 变,马氏体转变：非原子扩散型结构对称性的改变,Bain,模型：,晶胞：立方四方,马氏体相变,马氏体相变,形状记忆效应,降低温度,升高温度,母相,(,奥氏体,),马氏体,马氏体变体重排,施加外应力,形状记忆效应降低温度升高温度母相马氏体马氏体变体重排施加外应,形状记忆的应用,传统形状记忆合金：,NiTi,形状记忆,形状记忆的应用传统形状记忆合金：NiTi形状记忆,双向形状记忆效应,双向形状记忆效应,双向形状记忆,双向形状记忆,超 弹 性,去除外力,母相,(,奥氏体,),变形马氏体变,施加外力,超弹性,超 弹 性去除外力母相变形马氏体变施加外力超弹性,磁性形状记忆合金（,FMSA,）,马氏体相变,铁磁性,FMSA,磁性形状记忆合金（FMSA）马氏体相变铁磁性FMSA,磁性相变材料的研究课件,磁性形状记忆合金的应用,航海 航空 航天 通讯 导弹和卫星 自动控制：卫星天线、飞机机翼调控系统和超大功率超声换能器声纳、导航系统、,线性马达、减振系统、燃油喷射、传感器、各种智能器件（机器人）、微机电系统，心脏起搏器,磁性形状记忆合金的应用航海 航空 航天 通讯 导弹和卫星 自,Heusler,合金,(X,2,YZ),的结构,Heusler,合金,X,2,YZ,L2,1,结构,Heusler,合金,1903,年确认,100,多年历史,高有序金属间化合物,F.Heusler,Heusler 合金(X2YZ)的结构Heusler 合金,Heusler,型磁性形状记忆合金,Ni2MnGa,Al,In,Sn,Sb,Ni2FeGa(,柳祝红,王文洪）,CoNiGa,Al,Mn2NiGa(,刘国栋,),Fe2MnGa,（朱伟）,Co2CrGa,Si,NiMnGa,可回复磁应变、磁增强形状记忆,NiMnGa,中内应力效应,-,王文洪,Ni2MnGa,Sb,加,Co,磁场驱动相变,-,于淑云,NiMnSb,中磁场驱动相变大磁电阻,-,于淑云,NiMnFeGa,大磁电阻效应,-,柳祝红,CoNiGa,加,Fe,实现大形变超弹性,-,代学芳,Mn2NiSn FSMA,发现和交换偏置效应,-,马丽,Ni2FeGa-,玻璃净化超过冷单晶生长,-,陈京兰,NiFeMnAl-,相变诱发,strain-glass,现象,-,冯琳,NiFeGa-,磁各向异性异常,-,钱金凤,Heusler型磁性形状记忆合金 NiMnGa可回复磁应变、,材料制备的方法,材料制备的方法,材料性质的检测方法,材料性质的检测方法,物理学研究方法,物理学研究方法,磁性形状记忆合金：,Ni2MnGa,第一代铁磁性形状记忆合金的诞生,1998,：美国人和乌克兰人,Webster,：,1986,磁性形状记忆合金：Ni2MnGa第一代铁磁性形状记忆合金的诞,我们的工作,:,可回复磁感生应变,Magnetic field-induced strain,MFIS,我们的工作:可回复磁感生应变 Magnetic field-,磁场控制的形状记忆,磁场控制的形状记忆,磁性形状记忆合金,CoNiAl,Ga,Manfred Wuttig et al.Scripta Materialia,2001,K.Oikawa et al.APL 79,3290(2001),H.Morito et al,APL 81,1658(2002),V.A.Chernenko et al.Scripta Materialia 50,225(2004),家族的老二：,CoNiGa,Al,20002001,美国人、日本人和乌克兰人发现,磁性形状记忆合金 CoNiAl,Ga Manfred W,我们的工作,:CoNiFeGa,大超弹性,一时没有新发现，就做跟踪和优化。要耐得住寂寞,我们的工作:CoNiFeGa 大超弹性一时没有新发现，就做跟,我们是如何发现新材料的？,在,Ni2MnGa,中用,Fe,替代,Mn,改善了材料的性质,并且发现,Fe,达到,80%,仍然是,Heusler,合金相，且仍有相变性质,先跟踪,再创新,我们是如何发现新材料的？在Ni2MnGa中用Fe替代Mn改善,家族的老三：,Ni2FeGa,如果,Fe,可以,100%,替代,Mn,就是一种新材料,2002,：中国人发现的,家族的老三：Ni2FeGa如果Fe可以100%替代Mn就是一,竞争中美国人的,“,秘密武器,”,Wuttig,Nature Materials,2003,竞争中美国人的“秘密武器”Wuttig,Nature Ma,定胜负的未必是武器：,Mn2NiGa,的发现,家族的老四：,Mn2NiGa,2005,：中国人发现。源于一个中国学生的好奇心,Ni2MnGa,Ni2FeGa,Mn2NiGa,要有好奇心。,传统体系里就有新材料，安心找就是了。良好心态也是生产力,PK,？,定胜负的未必是武器：Mn2NiGa的发现家族的老四：要有好,Jpn:Nature 2006,磁场驱动马氏体相变,:NiMnIn,日本人也没有美国人的,“,武器,”,，新材料是一个个成分合成中找出来的。要学习日本人这种精神。,第二代,FSMA,磁场驱动马氏体相变,NiMnIn,2006,年日本人发现的,Jpn:Nature 2006磁场驱动马氏体相变:NiMn,1,）,G=U-ST-MH,2),dT/dH=,D,M/,D,S,磁场驱动马氏体相变的可能,1）G=U-ST-MH磁场驱动马氏体相变的可能,使磁驱相变成为可能,:NiCoMn,Sb,Co,Ni,NiCoMnGa,Mn2CoNiGa,Mn2NiCoSn,使磁驱相变成为可能:NiCoMnSbCoNiNiCoMnGa,为什么,Co,的作用这么神奇？,对称破缺和材料设计,为什么Co的作用这么神奇？对称破缺和材料设计,d,i,电子的交换作用,Mn,Mn,Ni,Ga,2.56,B,C,D,A,A,MnI,MnII,Co,Co,MnII,MnI,Mn,2,Co,0.5,Ni,0.5,Ga,Mn,2,Co,0.5,NiGa,0.5,物理机制：,RKKY Stearns,模型 自旋极化波,di 电子的交换作用MnMnNiGa2.56 BCDA,还有木有？,前人发现的是,NiMn,基的,Heusler,合金,CoMn,基至今未发现马氏体相变性质，都是强铁磁性,FeMn,基磁性比,CoMn,弱，比,NiMn,强，有,新材料,吗？,还有木有？前人发现的是NiMn基的Heusler合金,杂相丛生的,Fe2MnGa,g,相,(fcc),亚,-,亚磁驱转变,B2,相,(bcc),铁磁，亚,-,亚，,DO19,相,(hcp),亚铁磁,杂相丛生的Fe2MnGag 相(fcc)亚-亚磁驱转变,FeMnGa,磁性形状记忆合金,第二代磁相变材料的第二个家庭成员,:,FeMnGa,我的学生发现的。来源于一种模糊的思维,两相磁性反置：更适合磁熵变的应用,磁场驱动相变能力,高相变形变,FeMnGa 磁性形状记忆合金第二代磁相变材料的第二个家庭成,这不太盲目了吗？,1,）,磁性：,TbFe2,，,NdFeB,，,FeGa,2,）超导：,MgB2,，,LaOFeAs,3,）,磁相变材料,4,）左手材料，半金属，拓扑绝缘体,5,）,物理追求数学的完美，面对复杂的实际环境过于单纯,这不太盲目了吗？1）磁性：TbFe2，NdFeB，FeGa,模糊物理：新材料探索,1,）,金属键和共价键的竞争,2,）成相的不稳定性与结构失稳,3,）,磁性决定结构,4,）,复杂系统,5,）近期结果,Fe2CrGa,原子反常占位，,NiFeGa,中的,strain-glass,，,NiMnFeAl,中的相变诱发,Strain-glass,CrCoGa,中的磁各向异性异常,模糊物理：新材料探索1）金属键和共价键的竞争,磁性影响结构,1,）赵晶晶的工作,2,）,磁性决定结构,3,）发现新材料,a,g,磁性影响结构1）赵晶晶的工作ag,马氏体相变结构分析,1,）陈家华的工作,2,）,MMX,合金的相变,3,）结构变化,马氏体相变结构分析1）陈家华的工作,Mn,Ni,1-x,Fe,x,Ge,Mn,1-x,Fe,x,NiGe,居里温度窗口：,MMX,合金,MnNi1-xFexGeMn1-xFexNiGe居里温度窗口,居里温度窗口：,MMX,合金,研究结果最近发表在,Nature Communications,杂志上,居里温度窗口：MMX合金研究结果最近发表在Nature Co,我国的知识产权也是主权,材料是强国之本,我国的知识产权也是主权材料是强国之本,结 论,1,）起步可以跟着别人，但最终要超过,2,）新材料的发现主要是新思路的产生,3,）好奇心，问为什么，教育到科研的转变,4,）许多现象没有认真被想过,5,）许多潜藏的新现象，新性质，新理论还在睡大觉,Fe2NiGa,Mn2NiGa,Fe2MnGa,MMX TcW,D-metal,结 论1）起步可以跟着别人，但最终要超过Fe2NiGa,