Co和Cu共掺杂NiMnIn合金的磁-结构转变特性及机理研究

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基本信息

  • 批准号:
    51801020
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0101.金属材料设计、计算与表征
  • 结题年份:
    2021
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

NiMnIn alloys have attracted great attention as a novel class of smart materials recently. However, the magnetic field to drive magnetostructural transition in these alloys is relative high and the hysteresis loss is relative large, which has become a bottleneck to limit the development of these materials. Based on the significant influences of the substitutions of Ni by Co and Mn by Cu on the magnetic interaction and hysteresis in NiMnIn alloys, in this project, we propose the Co and Cu co-doping to tailor the features of magnetostructural transition of NiMnIn alloys. First, the influences of the Co and Cu co-doping amount on the magnetization difference and the hysteresis during magnetostructural transition will be clarified. Then, based on superspace theory and first-principles calculations, the crystal structures of austenite and modulated martensite, the geometrical compatibility between these two phases and the atomic sites of doped atoms will be determined. Moreover, the mechanisms of Co and Cu co-doping on the spatial charge distribution, the atomic bond, the magnetic interaction and the features of magnetostructural transition will be revealed. Based on the above investigations, we will further optimize the amount of doped Co and Cu elements to develop NiCoMnCuIn prototype alloys with the excellent features of magnetostructural transition. This project may offer guidance for the design and property optimization of NiMnIn alloys.
NiMnIn合金是近年来备受关注的一类新型磁控智能材料。然而,驱动该合金磁-结构转变所需磁场以及磁-结构转变滞后相对较大,成为制约其发展和应用的瓶颈问题。基于Co取代Ni和Cu取代Mn对NiMnIn合金磁性能及滞后的显著影响,本项目提出Co、Cu共掺杂综合调节NiMnIn合金磁-结构转变特征的设计思想。拟借助现代材料结构与性能测试分析技术,结合基于超空间理论的复杂晶体结构解析方法和第一性原理计算,揭示Co、Cu共掺杂对该合金磁-结构转变磁化强度变化及滞后的影响规律,解析不同掺杂量下奥氏体相与调制马氏体相的晶体结构、几何兼容性以及掺杂元素的最优原子占位方式,阐明元素掺杂对NiMnIn合金空间电荷分布、化学键、磁交互作用和磁-结构转变的影响机制,开发出磁-结构转变性能优异的NiCoMnCuIn原型合金,为NiMnIn基合金磁控性能优化设计奠定基础。

结项摘要

NiMnIn合金是近年来备受关注的一类新型磁控智能材料。然而,驱动该合金磁-结构转变所需磁场以及磁-结构转变滞后相对较大,成为制约其发展和应用的瓶颈问题。针对该问题,本项目提出了Co & Cu共掺杂研究思路,旨在获得低磁场下优异磁控性能。经过实施,本项目完成了预期研究目标,成功地制备出了磁-结构转变驱动场及滞后较小的Ni45Mn36In13.3Co5Cu0.7(简称Cu0.7)和Ni45Mn36In13.2Co5Cu0.8(简称Cu0.8)原型合金。主要研究结果包括:1)随着Cu含量的增加,Co & Cu共掺杂NiMnInCoCu合金相变熵变逐渐升高、热滞后逐渐降低,其中热滞后降低的原因可归因于奥氏体和马氏体较好的几何兼容性;2)Cu0.7和Cu0.8合金磁-结构转变伴随磁性变化ΔM与已报道的Ni–Mn基合金相比具有最高的数值,其中Cu0.8合金在1.5 T低磁场下ΔM值甚至与部分Co掺杂Ni–Mn基合金在5 T磁场下的ΔM值相当;3)通过第一性原理计算发现,Co取代Ni后合金磁矩可从2.06 μB/f.u.增加到2.24 μB/f.u.;4)Cu0.7合金在5 T磁场下第一次磁场循环和第二次循环时最大等温磁熵变接近,这表明其磁热效应的可逆性较好。此外,Cu0.7合金的制冷能力和有效制冷能力分别为473.7和270.2 J kg−1,该数值在Ni–Mn基合金中均是最高值;5)Cu0.8合金在1.5和2 T磁场下等温磁熵变可达16.0和17.9 J kg−1 K−1,该数值高于大多数Ni–Mn基合金低磁场下的等温磁熵变。本项目的实施阐明了Co & Cu共掺杂对NiMnIn合金磁-结构转变的影响规律及机理,获得磁-结构转变性能优异的NiMnInCoCu原型合金,为NiMnIn基合金磁控性能优化设计奠定基础,也为其它磁控智能材料的元素掺杂改性研究提供借鉴。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
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专利数量(0)
Electronic origin of the main-group element dependences of elastic moduli in the Ni2Mn-based magnetic shape memory alloys
Ni2Mn基磁性形状记忆合金弹性模量与主族元素相关性的电子起源
  • DOI:
    10.1016/j.jpcs.2020.109671
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Journal of Physics and Chemistry of Solids
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Yan Hai-Le;Liu Hao-Xuan;Zhang Mei-Juan;Jia Nan;Bai Jing;Yang Bo;Li Zongbin;Zhang Yudong;Esling Claude;Zhao Xiang;Zuo Liang
  • 通讯作者:
    Zuo Liang
Impact of B alloying on ductility and phase transition in the Ni–Mn-based magnetic shape memory alloys: Insights from first-principles calculation
B合金对NiMn基磁性形状记忆合金延展性和相变的影响:第一性原理计算的见解
  • DOI:
    10.1016/j.jmst.2020.10.010
  • 发表时间:
    2020-10
  • 期刊:
    Journal of Materials Science & Technology
  • 影响因子:
    10.9
  • 作者:
    Yan Hai-Le;Liu Hao-Xuan;Zhao Ying;Jia Nan;Bai Jing;Yang Bo;Li Zongbin;Zhang Yudong;Esling Claude;Zhao Xiang;Zuo Liang
  • 通讯作者:
    Zuo Liang
Correlation between microstructure and martensitic transformation, mechanical properties and elastocaloric effect in Ni-Mn-based alloys
Ni-Mn基合金显微组织与马氏体相变、力学性能和弹热效应的相关性
  • DOI:
    10.1016/j.intermet.2019.106579
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Intermetallics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Huang Xiao-Ming;Wang Lu-Da;Liu Hao-Xuan;Yan Hai-Le;Jia Nan;Yang Bo;Li Zongbin;Zhang Yudong;Esling Claude;Zhao Xiang;Zuo Liang
  • 通讯作者:
    Zuo Liang
A multielement alloying strategy to improve elastocaloric and mechanical properties in Ni–Mn-based alloys via copper and boron
通过铜和硼改善镍锰基合金的弹热和机械性能的多元素合金化策略
  • DOI:
    10.1016/j.scriptamat.2020.04.001
  • 发表时间:
    2020-08
  • 期刊:
    Scripta Materialia
  • 影响因子:
    6
  • 作者:
    Huang Xiao-Ming;Zhao Ying;Yan Hai-Le;Jia Nan;Tang Shuai;Bai Jing;Yang Bo;Li Zongbin;Zhang Yudong;Esling Claude;Zhao Xiang;Zuo Liang
  • 通讯作者:
    Zuo Liang
A strategy of optimizing magnetism and hysteresis simultaneously in Ni–Mn-based metamagnetic shape memory alloys
镍锰基变磁形状记忆合金磁性和磁滞性能同时优化的策略
  • DOI:
    10.1016/j.intermet.2020.107063
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Intermetallics
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Yan Hai-Le;Huang Xiao-Ming;Yang Jin-Han;Zhao Ying;Fang Feng;Jia Nan;Bai Jing;Yang Bo;Li Zongbin;Zhang Yudong;Esling Claude;Zhao Xiang;Zuo Liang
  • 通讯作者:
    Zuo Liang

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
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          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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