固态热效应近年来受到了广泛关注,因为它在开发高效、低碳制冷技术方面具有巨大潜力[[1], [2], [3]]。热效应描述了一种现象:外部磁场、电场或机械场的施加或移除会诱导材料在固态-固态转变过程中发生绝热温度变化。根据刺激场的类型,热效应可分为磁热效应、电热效应和机械热效应。当同时施加两个或多个外部场时,所产生的热响应被称为多热效应[3]。多热效应为提高相变材料的热性能提供了新的途径,成为当前热效应研究的重点[[4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]]。
基于Ni-Mn的Heusler合金因其对多种场的响应以及显著的磁热效应和机械热效应而成为有前景的多热效应材料[[11], [12], [13], [14]]。这类合金通常会从铁磁奥氏体转变为弱磁马氏体,其热效应源于这一转变过程中的潜热。最近,在基于Ni-Mn-Ga的合金中引入了协同磁结构转变(SMT)的概念[[15], [16], [17], [18], [19]]。SMT指的是从顺磁奥氏体到铁磁马氏体的相变,这与传统的转变行为不同。SMT的协同特性主要体现在两个方面:首先,作为顺磁体的奥氏体比铁磁马氏体具有更高的晶格振动熵和磁熵[16,20],因此晶格振动熵变(ΔSvib)和磁熵变(ΔSmag)共同决定了SMT过程中的总熵变;其次,磁场或机械场都可以引发马氏体转变[16],这意味着这些场可以协同作用驱动SMT。这些协同特性使得SMT材料非常适合用于多热效应研究。最近的研究证实了SMT材料出色的多热性能[[17], [18], [19]]。
最早被发现具有SMT特性的材料是Ni富集的NiMnGa和NiMnGaCu合金[21,22],它们的转变温度高于室温。随后,通过向Ni富集的NiMnGa合金中掺入In、Sn和Sb等元素,开发出了新的材料体系,并将转变温度调整至接近甚至低于室温[15,23]。目前,SMT现象主要在上述材料体系中观察到,这表明有必要扩展这类材料的范围。本文探讨了一种在室温附近开发高性能SMT材料的新方法,选用Ni55Mn20Ga25作为母合金,并对其掺入了少量Ti。研究了Ti掺杂对Ni55Mn20-xGa25Tix(x = 0.0, 0.5, 1.0, 1.5)合金条带中SMT的影响。Ti掺杂使SMT温度降低至接近室温,并增强了转变熵变。