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《Materials Science in Semiconductor Processing》：Fast–charging lithium–ion batteries: Review on enhancing lithium nickel cobalt aluminum oxide cathodes with additives

全海森合金Mn?(Ti?.?Fe?.?)Sn在室温下展现大冷却功率、宽工作温度范围及适中型磁热响应，其独特的六方晶系结构（空间群P63/mmc，D0??）不同于传统立方结构，经X射线衍射和拉曼分析确认。磁性能测试显示居里温度接近室温，计算RWR值2.759>1表明具有非晶态铁磁特性，6T磁场下冷却容量达285.51 mJ/cm3，冷却功率295.70 mJ/cm3，适用于微型工程并可用于调控有害VOCs相变过程。

　　

Sourav Mandal|Palash Nandi|Tapan Kumar Nath

印度理工学院卡拉格普尔分校物理系磁性与磁性材料实验室，西孟加拉邦721302

摘要

在高质量的多晶半金属类Full Heusler合金（FHLA）Mn₂(Ti_0.2Fe_0.8)Sn中，实现了室温（RT）下单位体积大的冷却功率、较高的工作温度范围以及居里温度附近适中的磁热响应（MCR）。在室温下，该合金表现出特殊的Mg₃Cd（或Ni₃Sn）型六方结构（空间群P63/mmc，编号194，Strukturbericht标识-D0₁₉），而非立方结构，这一结论通过拉曼和X射线衍射实验得到证实。此外，该合金还具有一种在Full Heusler合金中较为罕见的独特微观结构特征。差示扫描量热法（DSC）和磁测量结果显示其居里温度接近室温。计算得出的Rhodes-Wohlfarth比值（RWR）为2.759（大于1），表明该体系具有巡游铁磁体的特性。在6特斯拉（T）的磁场变化下，该合金的工作温度范围（ΔT_FWHM）高达约20 K，制冷能力（RC）为285.51 mJ.cm^-3，相对冷却功率（RCP）为295.70 mJ.cm^-3，这些性能使其在小型工程设计中具有广泛应用潜力，得益于其低组成成本、低矫顽力、易于样品制备以及在较小体积内实现较大冷却功率的能力。此外，这种制冷剂还可用于调节常见挥发性有机化合物（VOCs）在室温附近的液化和固化过程。这一发现无疑有助于深入理解具有特殊结构、独特微观形态和接近室温居里温度的Full Heusler合金的复杂磁行为和显著磁热效应。

部分内容摘录

引言

Full Heusler合金Mn₂TiSn被报道具有特殊的结构特征和复杂的磁性质。从头算计算表明，在施加压力（P > 0）的情况下，Mn₂TiSn合金中存在两种磁态的共存。研究表明，Mn₂TiSn的磁性质源于其不同磁性子晶格之间竞争性的铁磁相互作用和反铁磁相互作用[1]。

样品制备

首先，采用传统的电弧熔炼法在电弧熔炼炉中制备出质量约为5克的非化学计量比的四元多晶块状锭材，其中Sn的含量按比例添加。初始原料（Mn、Ti、Fe、Sn）被倒入铜模具（水冷铜炉）中，并在6.0×10^?6 mbar的基压下进行熔炼。熔炼过程在高纯度（5N）惰性氩气环境中进行。

结构表征

尽管属于Full Heusler合金，但在室温下，Mn₂(Ti_0.2Fe_0.8)Sn体系呈现出六方结构的Mg₃Cd或Ni₃Sn类型，空间群为P63/mmc（编号194），而非立方结构。图1(c)展示了该六方结构的传统晶胞。通过结合布拉格衍射定律（2dsinθ = nλ）进行计算分析。

结论

总之，在高质量的多晶亚稳态Full Heusler合金（FHLA）Mn₂(Ti_0.2Fe_0.8)Sn中，实现了室温下的磁热响应（MCR），且其居里温度接近室温。该合金具有特殊的Mg₃Cd（或Ni₃Sn）型六方结构（空间群P63/mmc，编号194，Strukturbericht标识-D0₁₉），而非立方结构的L2₁或B2型。这一结论通过X射线衍射和拉曼分析得到证实。

作者贡献声明

Tapan Kumar Nath：负责撰写、审稿与编辑、监督工作以及资源调配和资金申请。Palash Nandi：数据整理。Sourav Mandal：撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、软件使用、方法设计、实验实施、数据分析、概念构建。

利益冲突声明

作者声明不存在任何利益冲突。

数据获取声明

如需获取支持本研究的数据，可向作者提出合理请求。

致谢

作者衷心感谢印度理工学院卡拉格普尔分校物理系提供的SQUID测量设备。同时感谢Susanta Banerjee教授（印度理工学院卡拉格普尔分校材料科学中心）提供的DSC测量设施。作者S. M. 对印度政府大学拨款委员会（UGC）在其五年研究期间提供的财政支持（UGC参考编号：1398/CSIR-UGC NET 2018）表示衷心感谢。