轻稀土Fe-Co基智能材料准同型相界的磁弹机理研究

Magnetostrictive material is an important magnetic functional materialsmaterials, magnetostrictive materials, which have been used in energy conversion device and sensor. In recent years, the concept of morphotropic phase boundary (MPB) has been sucessfully introduced to the subject of ferromagnetism, which is an important breakthrough in the research of magnetostriction . According to our previous investigation, taking light rare earth Fe-Co based cubic Laves compound as the reach object, we will study its lattice structure, Mössbauer effects，magnetostrictive effect and spin reorientation effect between 2-300 K, for the purpose to study its macro-magnetic properties at different temperature and compositions, establishing its MPB; Based on the single ion model theory, we will analyse the magnetoelastic mechanism of the alloys, this project aims to calculate the anisotropic parameters around MPB. This will lay the theoretic basis for ultrasensitive magnetostrictive materials; Based on the theory of MPB, introduce the transition metal and some of the other rare earth metals to the alloys, for the purpose to reach the aim of anisotropic compensation. This will help to develop a series of high-performance magnetostrictive materials.

磁致伸缩材料是制造换能器和传感器的一种重要磁性功能材料。最近，准同型相界的概念被成功引入到铁磁学领域，这是磁致伸缩领域的一个重要理论突破。本项目拟在已有研究基础上，以廉价的轻稀土Fe-Co基立方Laves相合金为研究对象，通过研究在2-300 K下的晶格结构、Mössbauer效应、磁致伸缩效应及自旋再取向等效应，获得其易磁化方向及宏观磁性随成分-温度的演化规律，构建材料的准同型相界；分析合金在准同型相界附近的磁弹机制，研究合金穿越准同型相界时的结构演变。运用单离子模型，分析材料的磁弹机制，得到材料在准同型相界附近的各向异性参数，为设计新型超灵敏磁致伸缩材料提供理论依据;引入过渡金属和稀土元素调节成分，并通过准同型相界理论实现磁各向异性补偿，从而获得新型高性能磁致伸缩材料。

磁致伸缩材料是制造换能器和传感器的一种重要磁性功能材料。最近，准同型相界(MPB)的概念被成功引入到铁磁学领域，这是磁致伸缩领域的一个重要理论突破。本项目基于准同型相界理论的思想，选取常温常压下难以合成、在宽温域范围内(2-300 K)具有巨磁致伸缩效应、在居里温度下具有不同晶格结构(R/T/O(菱方相/四方相/正交相))的RFe2、RCo2(R=Pr、Nd)合金作为主要端点材料，构建了xPrFe2-(1-x)NdFe2、xTbFe2-(1-x)PrFe2、xTbFe2-(1-x)NdFe2及xDyFe2-(1-x)NdFe2等高轻稀土含量(轻稀土Pr、Nd含量超过20-25%)的铁磁MPB体系合金。通过研究材料的成分-温度-结构-自旋再取向相图，发现了在部分材料中存在着与铁电材料相似的C-R/O/T铁磁MPB三相点(或区域)，并在铁磁三相点(或区域)获得了灵敏的磁致伸缩效应。通过研究材料在近MPB处的磁化行为、磁致伸缩效应及磁晶各向异性补偿行为等宏观磁性，证实了材料处于相图上的铁磁MPB三相点(或区域)上会具有较大的低场磁致伸缩响应，较高的应变灵敏度和较小的滞后等优点；在Fe位添加小于15%的Ga、Mn及Co等过渡金属，研究了铁磁材料的准同型相界温度(TM)组分调控机制及各向异性补偿机制。实现了TM的增加而不改变材料的晶格结构，同时还能获得在低场下较好的磁致伸缩效应。例如，少量的Ga的对Fe位的置换(0.15)会使PrFe2的TM从74 K增加到120 K。这使得通过过渡金属组分调控以获取高温域的C-R/O/T铁磁MPB三相点、设计宽温域的MPB体系成为可能；基于单离子模型理论和实验，完成了NdFe1.9、PrCo1.9、NdCo1.9及TbCo1.9等可构成MPB体系、但同时TM值又分布在较宽温域(一般为40-150 K之间)的端点材料的磁致伸缩-温度、磁矩-温度等各向异性参数的理论计算(例如，揭示了NdFe1.9在0 K下的磁致伸缩理论值高达3000 ppm)。这为设计在宽温域内具有巨磁致伸缩性能的铁磁MPB体系提供了一定的理论参考。总之，该项目的开展不仅为开发在宽温域范围内具有高性能新型廉价轻稀土基智能材料提供了一定的科学依据，而且可以极大的丰富铁磁准同型相界理论的内涵和外延。