在固態制冷領域，彈熱制冷技術具有驅動方式多樣化、絕熱溫變值較大和工作溫區易拓寬等綜合優勢。變磁NiMn基Heusler形狀記憶合金具備臨界應力低、滯后小等性能，并包含磁彈耦合的特性，可通過以適當次序同時或分步施加應力和磁場來增強彈熱性能。但是這類金屬間化合物的本征脆性是制約固態制冷器件發展的主要瓶頸。

在以往的研究中，一般通過元素摻雜、微觀結構優化和織構調控來解決合金的脆性問題。近年來，我國研究者發現的一種新型的全過渡族Heusler磁性合金NiMnTi，除了擁有傳統Heusler形狀記憶合金一樣的優點外，還具有良好的力學性能，其韌性和抗壓強度是傳統Ni-Mn基合金的數倍。在早期研究中，中國科學院磁性材料與器件重點實驗室報道了Ni(Co)MnTi合金中具有大的彈熱可逆絕熱溫變（Applied Physics Letters 2019, 114, 101903），但是臨界應力和滯后較大的問題還有待解決。

近期，實驗室魏志陽、沈毅等人通過定向凝固的方法制備了具有〈001〉擇優取向的Ni35.5Co14.5Mn35Ti15全過渡族Heusler合金，并研究了其凝固織構與彈熱性能的關聯機制。通過電子背散射衍射發現該合金具有從奧氏體〈001〉取向到5層調制馬氏體〈105〉取向的晶體學遺傳關系。利用透射電子顯微鏡觀察到多重調制的馬氏體，源于該合金弱的d-d共價雜化。此外，還引入原位高分辨數字圖像關聯技術（DIC）以監測應力誘發馬氏體相變全過程中的二維應變場，發現該取向合金在超彈性變形過程中相鄰晶粒的變形具有良好的一致性與協調性。這就從晶體結構與組織結構兩方面解釋了該合金臨界應力低和應力滯后小的根源。紅外熱成像技術與DIC技術相結合發現，絕熱壓縮循環過程中樣品內部相變不同步加劇所產生的局部應變不均勻會導致應力應變曲線變陡峭、暫時殘余應變和滯后增大等現象的產生。

該合金在低的臨界應力38MPa和小的滯后54MPa下就實現了11.5K的絕熱溫變。其重要的彈熱效應衡量指標——單位臨界應力下的絕熱溫變值達到了0.31K/MPa，超過了以往報道的典型一級相變彈熱材料。本工作對深入理解全過渡族Heusler變磁形狀記憶合金的馬氏體轉變行為和促進高性能彈熱材料的設計提供了重要指導意義。研究結果發表在Acta Materialia（2020, 188, 677-685）上，得到了中科院國際合作項目（174433KYSB20180040）、國家自然科學基金（51801225、51771218、51531008）的支持。

圖（a）〈001〉擇優取向的Ni35.5Co14.5Mn35Ti15合金的高分辨TEM圖像；（b）〈001〉取向Ni(Co)MnTi樣品的等溫應力應變曲線，插圖為樣品壓縮方向的反極圖；（c）最大應變加載時的紅外照片和DIC應變云圖；（d）室溫附近典型一級相變彈熱材料的比絕熱溫變（|△Tad/σcr|和|△Tad/εtr|）對比圖