“十四五规划”指出，我国能源结构需不断调整优化，能源战略之首即为“节能提效”。磁卡效应(Magnetocaloric Effect)制冷以其高能效、低噪声、无污染等优点，被认为是目前取代传统蒸汽压缩制冷的新型固态制冷技术之一。近年来该领域的研究热点之一是利用外场(电场、应力场)协同调控磁卡合金的相变行为，以拓宽制冷温区，提高磁制冷循环工效。以往的工作报道了多个不同材料体系的“磁卡合金/压电单晶”复合结构，此类复合结构可改变磁卡合金所受的应力场，进而调控其制冷温区，有望应用于小型磁制冷器件中。然而，受限于压电单晶衬底无法输出大的非易失应变，此类复合结构往往只能用于少数应力敏感型磁卡合金体系，对于应力不敏感型磁卡合金的调控成效欠佳。应力不敏感型磁卡合金得益于其窄滞后、抗疲劳等优点，也是一类具有潜在应用价值的磁制冷工质，因而有必要设计一种普适的复合结构实现不同材料体系磁卡效应的有效调控。

“磁卡合金/形状记忆合金”复合结构的制备及应用示意图

针对上述问题，近日西安交通大学物理学院王宇教授和杨森教授提出了一种新型“磁卡合金/形状记忆合金”复合结构，利用形状记忆合金衬底产生2%的大非易失残余应变，在不改变磁卡合金化学成分的前提下，成功将应力不敏感型Mn-Cr-Sb-Ga磁卡合金的相变温度提高了6 K；在1 T的低磁场下，一组复合结构的有效制冷温区可拓宽至31 K。此外，该工作还针对性地构建了“反铁磁-亚铁磁”相变磁卡材料的朗道理论模型，并指出磁弹耦合效应决定了高温亚铁磁相在受载荷时的稳定性，是Mn-Cr-Sb-Ga磁卡合金中应变调控相变温度的物理起源。基于实验与计算结果，该工作提出了一种改进的主动蓄热式磁制冷循环，为制造小型高效磁制冷器件提供了新思路。

该研究以“Tuning Magnetocaloric Effect of a Mn-Cr-Sb-Ga alloy by the Nonvolatile Residual Strain of a Ti-Ni Shape Memory Alloy”为题发表在金属材料领域重要刊物Acta Materialia上，论文的第一作者为西安交通大学物理学院博士生程飞，西安交通大学物理学院为本论文的第一单位和通讯单位，通讯作者为王宇教授；物理学院杨森教授、柯小琴副教授、研究生马赛，以及北京航空航天大学材料学院王敬民教授参与了本论文研究。该研究得到了国家自然科学基金重点项目、面上项目，陕西省科技创新团队、创新创业支持计划，中央高校基本科研专项资金、特色发展指导基金等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2021.116849