具有优异磁功能特性的新型稀土基金属玻璃的开发

In the research fields of metallic glasses, the glass formation, microstructure, and the development of new materials with excellent structrual and/or functional performance are always the central issues. In this project, we will develop a series of new metallic glasses with outstanding functional performances by using the alloying method and glass formation rules. And then we will further improve their magnetic performance by heat-treatment, alloying and surface treatments. Then the internal physical mechanisms of their high performance will be studied by a combination of investigations of atomic structure, heat capacity and magnetic behaviours. Especially the influences of magnetic interactions, random magnetic anisotropy，the size and distribution of magnetic clusters and ion irradiation on the magnetic performance will be studied. Through this project, we intend to improve the functional performances of metallic glasses and promote their commercial applications, and enhance the fundamental understanding of the relationship between structure and magnetic performance.

在金属玻璃研究领域，具有良好机械性能和(或)功能特性的新材料开发，以及对其玻璃形成、微观结构的理解在很长一段时期内都将是艰巨而又重要的课题。本项目拟运用合金化方法并基于玻璃形成有关经验规则开发一系列新型的具有优异磁热效应和蓄热性能的稀土基非晶合金材料(集中在Gd、Er基体系)。并通过热处理、成分调制以及离子辐照等表面处理等方法改变其微观结构从而进一步改善其功能特性，结合比热、磁性能和微观结构等方面的综合研究阐明材料磁功能特性的内在物理机制。特别深入分析磁性交换作用、随机局域各向异性和磁团簇大小、离子辐照对磁性转变附近的临界行为、磁热效应和蓄热性能的影响。通过本项目的完成，我们将进一步提高金属玻璃的磁功能特性并促进其作为磁制冷材料及蓄热材料在商业上的应用前景，同时深化对于磁性金属玻璃微观结构及其与磁性之间关联的认识。

在金属玻璃研究领域，具有良好机械性能或/和功能特性的新材料开发，以及对其玻璃形成、微观结构的理解在很长一段时期内都将是艰巨而又重要的课题。磁性金属玻璃作为软磁材料、硬磁材料和磁制冷材料有良好的应用前景。在众多的磁性制冷材料中，稀土基非晶合金因为其较大的磁熵变、高的电阻率、成分的连续可调、出色的制冷能力，而成为极具潜力的磁制冷候选材料之一。然而由于这类材料结构的复杂性，人们对于其磁熵变与微观结构的关联认识还不是很清楚，而且从实用角度来看，非晶合金的最大磁熵变还需进一步提高。本项目研究内容包括运用合金化方法并基于玻璃形成有关经验规则开发一系列具有优异磁热效应的（集中在Gd、Er、Ce、Fe基体系等）非晶合金新材料。研究其结构随成分的变化，研究结构随压力变化，并对代表性金属玻璃材料的磁转变行为做系统研究；然后通过热处理、成分调制以及辐照等表面处理等方法进一步改善其功能特性，结合比热、磁性和微观结构等方面的综合研究阐明材料高性能的内在物理机制。通过本项目的执行，我们开发了系列新型的Gd基，Er基金属玻璃体系；研究了不同元素的添加对其结构、热力学行为和磁热性能的影响；发现了磁熵和磁阻的幂指数关系；进一步澄清了随机磁各向异性作用对自旋玻璃冻结行为的影响；发现适当控制晶化不会降低其磁热性能；在Ce基和Yb基金属玻璃中发现了多重非晶到非晶的转变，并澄清了其电子结构变化机理。我们一系列的研究成果进一步促进了金属玻璃作为磁制冷材料在商业上的应用前景，同时深化了对于磁性金属玻璃微观结构及其与磁性之间关联的认识，也为开发新型的制冷材料提供有益的科学指导。