西北工业大学分析测试中心（公开发表）

近日，西安交通大学前沿科学技术研究院马天宇教授和任晓兵教授课题组在高灵敏无稀土磁致伸缩材料研究方面取得重要进展。该工作以"Large and sensitive magnetostriction in ferromagnetic composites with nanodispersive precipitates"为题发表于自然出版集团刊物 NPG Asia Materials 。编辑认为该工作是"磁致伸缩材料领域的重要贡献"，并特意撰写题为"Magnetic Materials: A Bigger Magnetic Movement"的Editorial Summary介绍该文。论文第一作者为前沿院博士生苟峻铭，通讯作者为前沿院马天宇教授和任晓兵教授。

磁致伸缩材料具有感知磁场并产生驱动的智能特性，在大功率换能器、微位移控制系统和高精度机械加工装备等诸多高技术领域不可或缺，因此在国际上备受重视。近年来，高技术领域的快速发展对磁致伸缩材料提出了兼具大磁应变和低驱动场（高灵敏度）的苛刻要求。根据传统原理，这两个技术指标相互矛盾，难以同时实现最优化，成为研发高灵敏磁致伸缩材料的瓶颈。另外，现有的高性能磁致伸缩材料高度依赖于昂贵的稀缺重稀土战略性元素，尽管通过制备单晶材料可使其磁应变最高化，但是大磁应变与低驱动场之间的原理性矛盾仍难以克服。因此，研发高灵敏的无稀土磁致伸缩材料具有迫切需求。

西安交通大学前沿院马天宇教授和任晓兵教授课题组基于大磁致伸缩Fe-Ga合金亚稳态和平衡态相结构差异显著的特性，通过简单的"固溶+时效"处理，在立方相基体中析出四方结构的纳米第二相颗粒，利用两相之间的磁弹相互作用，将多晶材料的磁致伸缩性能提高3倍，与单晶材料相当，同时大幅降低驱动场，使磁致伸缩灵敏度提高5倍，为研制高灵敏无稀土磁致伸缩材料提供了新途径。

在上述工作基础上，研究人员将这种调控纳米析出相提高磁致伸缩灵敏度的新方法应用于定向凝固Fe-Ga合金，使磁应变再提高40%、灵敏度再提高~60%。研究发现，定向凝固合金中的内应力会加快析出动力学，不仅影响析出相的尺寸与数量，还会在相界面形成新的析出相。

通过与铸态多晶合金对比，研究人员揭示了纳米析出相尺寸、数量及种类对磁致伸缩性能的作用规律和机理，为后续通过调控析出相进一步提高定向凝固Fe-Ga合金的磁致伸缩性能奠定了重要理论基础。该工作以"Dynamic precipitation and the resultant magnetostriction enhancement in [001]-oriented Fe-Ga alloys"为题发表在金属材料领域重要刊物 Acta Materialia 上。论文在审稿阶段被三位审稿人同时推荐为"publish as is"，被编辑部直接录用。论文第一作者为前沿院博士生苟峻铭，通讯作者为前沿院马天宇教授。

两篇论文的第一通讯作者单位均为西安交通大学，合作者包括课题组研究生杨天子和乔睿华与访问学者刘孝莲博士，以及西北工业大学刘峰教授、中国工程物理研究院孙光爱研究员和中国科学院宁波材料所夏卫星研究员等。该工作受到了国家自然科学基金委和金属材料强度国家重点实验室等共同资助。部分微结构表征得到了西安交通大学分析测试共享中心和西北工业大学分析测试中心的支持。

作为我国最早兴办、享誉海内外的著名高等学府，西安交通大学一直以来坚持面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求，不断增强科技创新能力，提升科技竞争力，迁校以来，创造了百余项国内外科学研究领域的"第一"，创造了29000余项科研成果，其中237项获得国家三大奖，产生了数以千亿计的经济社会效应。接下来，交大人也将不辱使命，勇立潮头，在科研领域矢志奋斗、引领创新，为科技强国梦贡献"交大智慧"和"交大力量"。

延伸阅读：

马天宇，西安交通大学前沿科学技术研究院教授。1997-2006年在北京航空航天大学学习，获学士和博士学位；2006-2017年任职于浙江大学；2011-2013年在日本国家材料研究所访问研究，任JSPS海外博士后。2016年获国家自然基金委优秀青年科学基金项目资助，入选西安交通大学青拔（A类）计划。主要从事金属磁性材料的研究、开发和应用。在Acta Mater.、Nature Commun.、Phys. Rev. Mater.等刊物上发表SCI论文100余篇。兼任中国稀土学会固体新材料专业委员会委员、中国金属学会功能材料分会委员、《中国材料进展》编辑部青年编委等。

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素材来源：西安交通大学新闻网