磁性材料的弹热效应

讲座标题:磁性材料的弹热效应

主讲人: 刘剑

讲座时间:2017-04-12 15:00:00

讲座地点:杨浦校区二教演讲厅

讲座语言:中文

主办单位:数理学院


讲座内容:

解决节能和环保的能源问题,是当前我国一项重大的社会需求,也是国际上长期追求的一个目标。在各种能源材料中,利用固态相变进行能量转换的材料存在两大主要问题:磁弹效应不明显、室温以上多铁性材料非常稀缺,因而导致磁-热-机械三种能量形式相互干预的空间受限,借此提高转换效率的努力进入瓶颈阶段。因此,开发出规避上述缺陷的新材料,发展新机理以实现多能量干预,有效提高转换效率和功能稳定性,是攻克此类能量转换难关的最有效途径。

2014年,美国能源部将弹热制冷列为17种“替代压缩气体制冷”的新技术之首,推荐为最有希望发展的固体相变制冷模式,并已制造出热弹制冷原型机。当前被认为最接近应用水平的弹热材料是镍钛形状记忆合金,具有高潜热、大应变和出色的加工性能等优势。晶格设计是优化非扩散型相变材料成分和结构的首要任务。镍基Heusler合金是研究相变潜热、滞后和晶格关联的理想模型体系。但是这一类型材料的超弹性能虽好却具有很大脆性。大多数镍基Heusler合金通常在应力诱发相变之前就已经破坏,无法达到理论的能量转化最大值和超弹性应变。通过晶格设计,使得两相从原子结构上达到相容,便可以从根本上改变这种由于应力层的形成而导致超弹性区的结构破坏,保证场诱发相变的最大功率循环。此外,这类磁性马氏体相变材料的驱动场具有多个自由度,磁场、应力场及磁弹耦合场均可触发磁结构相变,任一偏置场的参与都会引起相变特征参数(如相变温度及其对外场的敏感度、相变跨度和相变滞后)的改变。而正是偏置场的激励作用恰好可以弥补单一材料体系在单一场下的相变区间窄、难以达到完全相变等不足。所以固定一种合金成分和结构后,仍可以通过多场下的相变路径优化来达到扩宽制冷温度窗口、增大相变体积分数和进一步缩小相变滞后的目的。


主讲人简介:

刘剑,博士,研究员,中组部“青年千人计划”获得者。2006年在上海交通大学获材料加工博士学位,2006至2012年在德国固体和材料研究所(IFW Dresden)从事博士后研究,2012年至今受聘中国科学院宁波材料所,博士生导师。国际铁磁形状记忆合金组织委员会委员,中国电子学会高级会员,中国功能材料学会理事,美国《材料科学》期刊编委,《功能材料》中文期刊编委。主要从事金属磁性相变材料的基础研究和应用探索、磁热效应材料和器件的开发、以及磁性形状记忆合金新体系和新功能的挖掘。2005年至今,在Nature Materials、Acta Materialia等刊物发表SCI论文100余篇,被引用1600余次,单篇最高引用400余次。应邀撰写英文专著章节“Magnetic Cooling - From Fundamentals To High Efficiency Refrigeration”(Wiley出版社, 2013),参与编写“中国磁学学科发展战略研究报告”。在国内外重要学术会议上作特邀报告20余次。2015年在“稀土资源的高效利用与稀土磁性材料和物理” 香山科学会议上,代表国内磁制冷领域作“稀土磁热材料的组织调控和物理冶金”的中心议题报告。多次担任国际磁性材料大会的磁热分会主席,是第四届全国磁制冷学术会议的大会主席。主持中组部青年千人计划项目、国家自然科学基金委重点和面上项目、工信部稀土专项、浙江省杰出青年基金等省部级项目以及相关企业合作项目。