固态相变材料在外场激励下，微观尺度的晶格微调会导致宏观尺度的物理特性突变，多用于固态发电、传感、制动和制冷等领域，而主动式固态制冷技术是其中最为突出的应用之一。利用固态相变材料的磁热、弹热、电热等物理现象不断发展起来的固态制冷技术具有绿色环保、高效节能的特点，理论制冷效率较传统气压缩方式可提高30%，具有极其诱人的应用前景。然而，完全由磁场驱动单体材料的相变潜热有限，对发生源强度和制冷工质尺度要求很高，故而严重限制其推广应用。因此，最大限度的开发利用相变过程中的弹热效应，并借助磁、电等偏置场协同耦合相变已经成为增强固态热效应的重要手段。热弹相变材料可以依靠多种物理场（力、热、电、磁、光等）驱动相变潜热或调整弹性模量实现固态热效应，相变过程产生弹性形变并具有丰富的变形方式。近年来，美国和欧洲在热驱动形状记忆合金中发现了超过10K温变的室温热弹制冷材料，并制造出热弹制冷原型机，但对于磁性材料在变磁转变过程中的超弹性热效应、物理分量贡献比、以及可靠性测试尚缺乏深刻认识。 

　　宁波材料所稀土磁性功能材料实验室以NiMn基Heusler合金为对象，开展了磁性热弹材料的变形行为及其热效应直接测量研究。为克服这个体系的本征脆性，他们通过强制定向凝固手段，获得了高取向度多晶合金，在室温附近呈现典型的应力诱发马氏体相变和变磁转变耦合行为。该体系在100兆帕的较低外加压应力条件下的绝热温度变化达3.5K左右，且具有强烈的温度依赖性。低温马氏体态的变形仅产生不到1K的温变；超过330K的高温变形由于无法产生超弹性相变，其温度变化也相当低；而在两相共存区间内，会产生可逆的大形变和大温变。这对于固态相变循环制冷是非常关键的。进一步的，逐一分析了晶格振动、电子能带、磁矩有序和焦耳热等对总温变的贡献分数，发现一级相变的晶格熵（相变潜热）是导致大温变的主要因素，而磁熵变则起负面作用（APL, 2014, 105, 161905）。这对于平衡综合利用磁性热弹材料的变磁特性和磁有序，以达到相变热效应最大化的目的具有重要的理论意义。 

　　制约马氏体弹热材料潜在应用的最关键科学问题是马氏体和母相由于晶格匹配的非协调性，在数次热机械循环后发生疲劳现象。热弹制冷亟需可靠性研究，对相变滞后、可逆性、疲劳寿命进行综合评估。为此，他们又运用马氏体非线性晶体学理论，设计和优化了合金组分，有效降低了相变滞后，在超弹性反复变形后，材料仍保持初始的绝热温变（Materials Letters, 2015, 148, 110）。与南京大学研究者合作，利用磁弹耦合效应对相变温度和滞后等进行有效调控（Advanced Materials, 2015, 27, 801），达到多物理场驱动固体相变热效应的目的。 

　　此项研究得到了国家自然科学基金（51371184），浙江省杰出青年基金（LR14E010001），宁波市创新团队（2014B81001）和国家青年千人项目的大力支持。 

　　　　　　　　　　　　　　　　    　（稀土磁性功能材料实验室　　刘剑）