同步辐射技术研究微结构对新型磁致伸缩材料Fe-Ga合金性能的影响

磁致伸缩材料是一种智能材料，在机器人、传感器和位移控制器等领域有重要的应用价值。相对于已经商品化的Terfenol-D（TbDyFe合金）而言，新型磁致伸缩材料Fe-Ga系合金具有更多有利于实用化的优良特性,成为凝聚态物理和材料科学领域的前沿研究课题。目前对Fe-Ga系合金具有大磁致伸缩系数的机理研究还缺乏晶体微结构数据的支持。本项目以Fe-Ga系合金为研究对象，利用同步辐射光源高亮度、宽频谱、小发散角及高度偏振的优良特性，系统研究Fe-Ga系合金在不同制备工艺和热处理条件下的相组成、相结构和晶体微结构如原子组成及占位情况、局域短程有序结构、有序化转变、Fe原子3 d电子的轨道对称性等，结合第一性原理的理论计算，考查Fe原子磁矩在不同配位结构下的作用，阐明Fe-Ga系合金的磁致伸缩机理以及微结构对磁致伸缩性能的影响，指明提高合金磁致伸缩系数的途径，促进Fe-Ga系合金的实用化研究。

Fe-Ga合金是一种新型磁致伸缩材料。本项目抓住晶体微结构这个影响材料性能的根本问题，利用同步辐射技术完整地表征Fe-Ga合金的晶体微结构，特别是局域短程有序结构，试图从结构上理解Fe-Ga合金的磁致伸缩机理。采用甩带快淬方法制备了Fe85Ga15，Fe77Ga23，(Fe0.81Ga0.19)100-xMx(M=B或者In，x=0，2，4和6)，Fe81-xNixGa19 (x=0,5,10,15,20,25)和(Fe0.82Ga0.18)100-xSnx.(x=0, 1, 2, 3, 4)薄带。在北京同步辐射装置和上海光源开展高分辨X射线衍射和吸收谱实验，结合磁致伸缩性能和磁化曲线的测量，开展了相关的结构与性能关系的研究。结果表明，修正的DO3相对FeGa合金磁致伸缩性能起着至为关键的正面影响，而择优取向对FeGa合金磁致伸缩性能也存在影响。非磁性的第三组元掺杂并没有显著改善FeGa合金的磁致伸缩性能，而且使得合金的相结构复杂。有些析出相对合金的磁致伸缩性能不利。此外，本项目还对磁性薄膜和双钙钛矿氧化物的磁性和电子结构进行了部分拓展性研究。