Ni-Mn-Sn-Cu-B合金多卡效应协同实现宽温区高效固态制冷

为解决固态制冷材料工作温区不连续的问题，研究人员通过Cu/B共掺杂优化Ni-Mn-Sn合金性能，实现磁熵变(ΔSm )达21.2 J/kg·K（5 T）与绝热温变(ΔTad )10.3 K的协同效应，填补磁-弹卡效应间的"空白区"，将制冷温区拓宽至260-336 K，为环保型制冷材料设计提供新思路。

　　

在追求碳中和的背景下，传统气体压缩制冷技术因高能耗和氟利昂污染面临淘汰压力。固态制冷技术利用材料在外场（磁场/应力）下的热效应（如磁热效应MCE和弹热效应eCE）实现制冷，具有零排放、高效率的优势。然而，Ni-Mn基合金中MCE与eCE的工作温区因相变特性差异存在"空白区"，导致制冷链条断裂。如何通过材料设计实现宽温区、高稳定性的多场响应成为研究难点。

哈尔滨工业大学等机构的研究人员选择环境友好的Ni-Mn-Sn合金为基底，通过Cu/B共掺杂策略提升力学性能，制备出(Ni₄₇
Mn₃₈
Sn₁₂
Cu₃
)_99.4
B_0.6
合金。采用真空感应熔炼结合热处理工艺制备样品，通过差示扫描量热法(DSC)和振动样品磁强计(VSM)分析相变行为，直接测量绝热温度变化，并建立"相变分布模型"计算多场耦合下的多卡效应。

Martensite transformation behavior
DSC显示合金具有明显的热滞后（18 K），证实一级相变特征。磁化曲线揭示逆磁热效应（ΔS_m

峰值21.2 J/kg·K）与弹热效应温区分离，Ms(277 K)至Af(294 K)间存在17 K空白区。

Multicaloric effects analysis
通过同步施加应力和磁场，在空白区诱发协同相变。当压力从50 MPa增至200 MPa时，制冷温区从266-312 K扩展至260-336 K，覆盖76 K范围。耦合场使制冷容量提升22%，且200次循环后ΔT_ad

衰减<5%。

Conclusions
该研究首次在单一合金中实现MCE与eCE的协同增强：Cu/B掺杂优化晶界强度，B抑制氢脆；多场耦合通过应力-磁场协同调控马氏体相变分数，填补传统单场调控的温区缺口。工作为开发宽温区、高稳定性固态制冷材料提供了新范式，相关成果发表于《Materials Science and Engineering: B》。