通过汉森溶解度指导设计，在粉末-粘合剂原料中实现更优异的分散均匀性，从而实现近净成形

《Materials Today Physics》：Unlocking Superior Dispersion Uniformity in Powder-binder Feedstock for Near Net-shaping via Hansen Solubility-guided Design

Mn?(Ti?.?Fe?.?)Sn半金属全赫斯勒类似合金在室温下表现出高冷却功率、宽工作温度范围及近室温居里温度，其六方晶系结构（空间群P63/mmc）及RWR=2.759证实为电子海森堡铁磁体，适用于微型制冷和有害VOCs处理。

　　

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、高工作温度范围以及在居里温度附近适中的磁热响应（MCR）。在室温下，这种FHLA表现出异常的Mg₃Cd（或Ni₃Sn）型六方结构（空间群P63/mmc，编号194，Strukturbericht名称-D0₁₉），而非立方结构，这一点通过拉曼和X射线衍射研究得到了证实。这种合金还具有一种独特的微观结构特征，这在Full Heusler合金（FHA）中较为罕见。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比率（RWR）为2.759（>1），表明该体系具有过渡铁磁体的特性。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，这些特性使其适用于微型工程设计。由于其成分成本低、矫顽力小、样品合成技术简单，并且在较小体积内就能产生较大的冷却功率，因此具有很高的实用价值。此外，这种制冷剂还可以用于在室温附近调节有害挥发性有机化合物（VOCs）的液化和固化过程。这一发现无疑加深了人们对FHA复杂磁行为和显著磁热效应的理解，因为FHA具有不寻常的特殊结构、独特的微观形态以及接近室温的居里温度。

章节摘录

引言

Full Heusler合金体系Mn₂TiSn已被报道具有特殊的结构和非常复杂的磁性质。从头算计算理论预测，在施加压力（P > 0）的情况下，Mn₂TiSn Heusler合金中存在两种磁性状态共存。据报道，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]。这一点值得关注。

样品制备

首先，采用传统的电弧熔炼方法，在电弧熔炼炉中从适量的Mn、Ti、Fe和Sn等原始金属元素中制备出高质量的非化学计量比的四元多晶块状锭材，质量约为5克。初始原料被倒入铜模（水冷铜炉）中，并在6.0×10^?6 mbar的基压下保持。锭材的熔炼在高纯度（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体系呈现六方结构的Mg₃Cd或Ni₃Sn类型，空间群为P63/mmc（空间群编号194），而非立方结构。该空间群的Strukturbericht名称为D0₁₉。图1(c)展示了这种六方结构Mn₂(Ti_0.2Fe_0.8)Sn样品的传统晶胞。通过结合布拉格衍射定律（2dsinθ = nλ）等公式对该晶胞进行了分析。

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（RT）下的磁热响应（MCR），且这种效应在其接近室温的居里温度范围内持续存在。FHLA具有异常的Mg₃Cd（或Ni₃Sn）型六方结构（空间群P63/mmc，编号194，Strukturbericht名称-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了证实。

CRediT作者贡献声明

Tapan Kumar Nath：撰写、审稿与编辑、监督、资源获取、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、监督、软件使用、方法设计、实验研究、数据分析、概念化。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

数据获取声明

如需获取支持本研究结果的数据，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测量设施。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测量设备。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。