磁相变合金在磁场驱动下发生相变,通常伴随着磁热效应、磁致伸缩或磁致应变效应等多种有趣的物理现象,在磁制冷、传感器和换能器等领域有着广阔的应用前景。其中,一级磁相变合金通常存在着相变温区狭窄、力学性能差等问题,严重影响了它们的实际应用。本文主要研究了三类一级磁相变合金的磁致伸缩、磁致应变效应以及磁热效应,并通过粘接取向、强磁场凝固以及电场调控等方式提高了这些效应。1.粘接取向的Mn0.965CoGe合金的磁致应变效应基于过渡族元素的磁相变材料MnM’X(M’=Co,Ni,X=Si,Ge)合金在相变点附近表现出磁热、磁电阻和负热膨胀等丰富的物理效应。同时该类合金兼具成本低廉和制备工艺简单等优点,成为当前磁相变合金的研究热点。作为MnM’X合金一员,正分的MnCoGe合金在650 K发生一个从六角Ni2In结构到正交TiNiSi结构的一级马氏体相变,伴随着巨大的负热膨胀效应。但是关于该材料的磁致应变效应却鲜有报道,这是因为该材料的磁相变和结构相变并没有耦合在一起,致使磁场难以驱动相变。同时剧烈的马氏体相变导致合金自发碎裂成粉末,难以取向,阻碍了其在磁致应变方面的应用。针对上述问题,我们在该合金中引入Mn原子缺分,通过改变Mn-Mn原子间距,影响到马氏体相和奥氏体相之间的结构稳定性,从而将结构相变温度调节到两相居里温度之间,这样我们就在Mn0.965CoGe合金中实现了磁场驱动的马氏体相变。另一方面,我们通过环氧树脂粘接Mn0.965COGe合金粉末并置入磁场中进行取向和固化,获得了粘接取向的Mn0.965CoGe合金。测量结果证实这种合金在室温附近表现出大磁致应变效应,在270 K时最大磁致应变值可以达到925 ppm。2.强磁场凝固法制备MnCoSi基合金的磁致伸缩效应开发室温可逆的大磁致伸缩材料是当今材料研究的热点之一。MnCoSi合金是由成本相对低廉的过渡族元素和主族元素合成,其在磁场作用下发生一个从反铁磁相到铁磁相的变磁性相变,伴随着较大的晶格畸变,表明这类合金有望成为新型磁致伸缩材料。但从实际应用的观点出发,该材料还存在着一些问题,比如:驱动变磁性相变的临界磁场较大,取向性不好以及易碎裂等,这些因素严重影响了实际应用。我们通过元素替代或Mn元素缺分的方法将MnCoSi基合金的三相点调节到室温以下,同时降低了变磁性相变的临界场。然后,我们利用强磁场凝固法制备出了取向并且致密的MnCoSi基合金。在室温时,观察到了低场可逆的大磁致伸缩效应,尤其是Mn0.88CoSi合金,300K时其在1T磁场下的磁致伸缩值达到了 1160ppm,这一结果可与某些稀土基巨磁致伸缩材料相媲美。这一研究成果为拓宽磁相变合金以及强磁场的应用领域提供了实验依据。3.电场调控FeRh0.96Pd0.04/PMN-PT异质结构的磁热效应FeRh合金因其在一级反铁磁-铁磁相变过程中表现出优秀的磁响应,一直以来都是人们研究的热点。作为巨磁热材料,正分的FeRh合金存在着以下问题:(1)相变温度为350 K,偏离室温;(2)制冷温区较窄。这些因素制约了它的实际应用。针对这些问题,我们通过掺杂少量的Pd元素,成功将FeRh相变温度调到室温附近。在此基础上,制备出FeRh0.96Pd0.04/PMN-PT磁电异质结构。我们对PMN-PT衬底施加8 kV/cm电场,衬底产生的应变驱动了 FeRh0.96Pd0.04薄膜的磁相变,导致其相变温度从300K移动到了325 K,并且制冷温区从35 K变化到47K.这些结果表明多场调控能有效地拓宽磁相变合金的磁制冷温区。