Ni2MnGa合金是一类新型的铁磁性形状记忆合金,具有多重优异的磁控功能,在磁驱动器件、磁传感器及磁制冷等领域具有巨大的潜在应用价值。研究表明,sp元素、3d元素和间隙原子均对Ni2MnGa合金磁性能、结构相变及力学性能具有重要影响。目前为止,还未有s元素掺杂Ni2MnGa合金的相关研究。与此同时,不同轨道元素掺杂Ni2MnGa合金的物理机制尚不清楚,这阻碍了 Ni2MnGa合金性能优化的步伐。因此,揭示不同轨道元素掺杂影响Ni2MnGa合金的磁-结构转变、力学性能和电子结构的规律及机理具有重要的理论价值和实际意义。基于此,本论文采用基于量子力学密度泛函理论的第一性原理计算方法,分别研究了不同含量 Mg、Cu、Si 和 B 元素取代 Ni2MnGa1-xZx（x=0、0.25、0.5、0.75 和 1.0;Z=Mg、Cu、Si和B）合金的晶体结构、磁-结构转变、力学性能及电子结构,并分别阐明了 s元素、d元素、sp元素和间隙原子掺杂影响Ni2MnGa合金上述性质的内在机制。计算结果表明,Ni2MnB最稳定的晶体结构为Hg2CuTi结构。除此之外,其他Ni2MnGa1-xZx（x=0、0.25、0.5、0.75 和 1.0;Z=Mg、Cu、Si 和 B）合金最稳定的晶体结构均为Cu2MnAl型L21结构。Mg取代Ga元素可提高Ni2MnGa合金平衡晶格常数,Cu、Si和B元素取代Ga元素均可降低Ni2MnGa合金平衡晶格常数。所有Ni2MnGa1-xZx（x=0、0.25、0.5、0.75和1.0;Z=Mg、Cu、Si和B）合金的形成能均为负,都具有实验上合成的可能性。其中 Ni2MnGa1-xMgx（x<0.15 或 x>0.9）、Ni2MnGa1-xCux（x<0.15或 x>0.65）、Ni2MnGa1-xSix（x=0～1）和 Ni2MnGa1-xBx（x=0～0.55）符合 Bron-Huang 稳定性准则,具有稳定的L21奥氏体结构,表明sp元素掺杂后的Ni-Mn-Ga磁致形状记忆合金具有更好的力学稳定性。合金的相稳定性与费米能级附近的态密度密切相关,随着Mg和Si掺杂含量增加,Ni2MnGa1-xMgx和Ni2MnGa1-xSix合金奥氏体稳定性逐渐增加,合金马氏体的c/a逐渐减少,这有助于减少合金马氏体相变中的热滞损失。Ni2MnGa1-xSix、Ni2MnGa1-xCux、和Ni2MnGa1-xBx合金随着Cu、Si和B元素的增加马氏体和奥氏体能量差逐渐升高,该现象与费米能级附近电子态分布有关。Ni2MnGa1-xSix（x=0～1）合金的费米面随Si含量的增加,嵌套矢量连接的两部分曲率差逐渐增大,,合金的奥氏体稳定性逐渐增加,这就是实验中Ni2MnGa合金掺Si后随着Si含量的增加相变温度逐渐降低的根本原因。结果表明,s元素和d元素掺杂的Ni2MnGa合金相变温度是与价浓度正相关的,而sp元素掺杂使Ni2MnGa合金相变温度随sp元素含量的升高而降低。本文预测Ni2MnGa1-xMgx（x<0.15或x>0.9）为新型的铁磁性形状记忆合金体系,Ni2MnCu为新型的全3d元素磁控形状记忆合金。所有的Ni2MnGa1-xZx（x=0、0.25、0.5、0.75和1.0;Z=Mg、Cu、Si和B）合金的G/B均小于0.5都具有良好的韧性。Ni2MnGa1-xCux（x<0.25）、Ni2MnGa1-xSix（x=0～1）和 Ni2MnGa1-xBx（x=0～1）。Mg 元素和 Cu 元素取代 Ga 元素后,合金由Ni-Ga之间的共价键变为Ni-Mg和Ni-Cu之间的金属键,可以改善Ni2MnGa合金的韧性。综上所述,本论文系统地研究了s元素、3d元素、sp元素和间隙原子掺杂Ni2MnGa合金的晶体结构、磁-结构转变、力学性能以及电子结构的物理规律及其内在机制,并预测了 Ni2MnGa1-xMgx（x<0.15或x>0.9）为新型的铁磁性形状记忆合金体系,Ni2MnCu为新型的全3d元素铁磁性形状记忆合金。期望本文能够为Ni2MnGa甚至是Ni-Mn基铁磁性形状记忆合金的发展提供一定的指导和帮助。