南通大学本科学位论文

《南通大学本科学位论文》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、1.引言1.1概述功能材料是当代高新技术发展最重要的先导性和基础性材料之一。新型功能材料的研究在国际上一直都十分活跃。它的进步推动着诸如计算机产业，航空航天产业等目前世界上最为尖端的高科技产业的飞速发展。Heusler合金具有非常丰富的物理特性，蕴藏着多种应用功能，是目前凝聚态物理和材料科学领域探索和开发新型功能材料的热点材料体系之一。半金属（semimetal）特性、非铁磁性元素组合并高有序化后呈现铁磁性[1]J.Pierre,R.V.Skolozdra,Yu.K.GorelenkoandKauacou.Fromnonmagneticsemiconductortoitinerantfe

2、rromagntintheTiNiSn-TiCoSnseries.J.Magn.Magn.Mater.1994.134.951]、磁电阻效应[2]S.J.Murray,M.Marioni,S.M.Allen,R.C.O’HandleyandT.A.Lograsso.6%magnetic-field-inducedstrainbytwin-boundarymotioninferromagneticNi-Mn-Ga.Appl.Phys.Lett.2000.77.8862]、电子自旋完全向上的半金属(half-metal)效应[3]R.A.deGroot,F.M.Mueller,P.G.van

3、Engen,andK.H.J.Buschow.Newclassofmaterials:Half-metallicferromagnets.Phys.Rev.Lett.1983.50.2024-20273]、含稀土的Heusler合金具有的超导性[4]，P.Fischer,F.Fauth,P.Convert,Y.Aoki,H.SugawaraandH.Sato.AntiferromagneticorderinginthecubicsuperconductorYbPd2Sn.PhysicaB.1999.259.705-7064]兼有铁磁性和热弹性马氏体相变的磁场控制形状记忆效应，大磁感生应变

4、效应和磁电阻效应等都是Heusler合金展现出来的奇特性能。这些特性具有巨大的研究价值和应用前景。所以人们对于Heusler合金的研究和开发充满着信心和活力。Heusler型合金是一种高度有序的金属间化合物，具有立方L21结构，空间群为，一般化学分子式为X2YZ。所谓高度有序的结构，是指多种原子按照一定的晶格点阵，各自占据自己的特有位置所形成的高化学有序结构。在冶金学上，Heusler合金属于β相合金，严格的结构特点如图1(a)所示。如果忽略原子种类的差别可以看到这一结构是体心立方排列。计入原子种类后，我们看到X原子占据体心结构的顶角位置。另外两种原子分别交叉占据相邻八个体心单元的体心位

5、置，各自形成四面体结构，这就是传统Heusler合金的L21结构。广义而言，Heusler合金可以看成由四个面心立方结构的亚晶格沿对角线四分之一相互交叉而成，如图1(b)所示。严格上说，Heusler合金不应称之为合金，而应为金属间化合物。但由于历史原因，习惯上我们仍然不严格地称之为合金。图1(c)和图1(d)分别给出了严格定义的合金固溶体和从固溶体到金属间化合物的一种过渡结构—有序度相对较高些的B2结构。从图中可见，如果X、Y、Z这些金属原子在四个亚晶格之间任意占位（图1(c)），则形成属于严格定义的合金固溶体。而当其中X原子占据了自己特有的晶位，而其它两种原子仍然混乱占位时，形成的物

6、质即为有序度相对高些的B2结构的金属间化合物。当三种原子都严格占据自己特定的位置后，化学通式为X2YZ的物质形成如图1(a)所示的L21结构的化合物，即通常的Heusler合金，其结构有序度又提高一次。严格说来，原子X所占据的晶位也并不是完全一样的，如果引入第四种原子，通式为XMYZ，使之均占据四种特定的晶位，则化合物的结构成为如图1(b)所示的严格的四元高有序结构。成为这个通式能够排列出的有序度最高的结构。如果用空位取代上面四种原子通式XMYZ中的M，则结构仍然属于图1(b)的结构。但习惯上将通式写成XYZ，历史上称之为半Heusler合金，其实是有序度高于传统L21结构的一种金属间化

7、合物。图1(a)高有序Heusler合金（结构），（b）Heusler结构的一般化模型，（C）完全混乱的金属固溶体，（d）只有Y,Z原子混乱的过渡结构B2相1.2磁性形状记忆合金的发展与现状形状记忆合金是一种兼有感知和驱动功能材料。自从1951年美国Read等人在Au-Cd合金中首先发现形状记忆效应（ShapeMemoryEffect，简称SME）以来，在世界各国学者中引起了广泛的兴趣[5]ShapeMemoryMaterials.