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Fe基Heusler合金的物性研究
摘要
本篇论文对Fe基Heusler合金的物性进行了研究。该合金的优良特性包括高形状记忆性、磁致伸缩效应和磁阻效应等。因此，该材料在电子器件、传感器、热电和磁性存储器等领域具有广泛的应用前景。本文介绍了该合金的结构、性质、制备方法以及应用。研究表明，通过优化制备工艺和改变配方，可以显著改善该合金的性能。此外，本文还讨论了一些当前研究中存在的问题，如合金的稳定性和制备方法对合金的影响等。最后，本文展望了该合金在未来应用方面的发展前景。
关键词:Fe基Heusler合金；形状记忆；磁致伸缩；磁阻
引言
Heusler合金是一类由三种元素组成的晶体合金，其晶体结构为Cu$_2$MnAl型结构。这种结构的命名来源于最先发现Heusler合金的德国物理学家FredrickHeusler（1851-1930）。Heusler合金由X$_2$YZ组成，其中X和Y通常是过渡金属，Z通常是主族元素，如锡、铝、锗等。这种合金在物理性质方面具有很多特殊的特性，如低电阻、磁性、形状记忆等，因此在热电、磁性存储领域应用广泛。
Fe基Heusler合金是一种新型磁性材料，其主要优良特性包括高形状记忆性、磁致伸缩效应和磁阻效应等。这些特性使Fe基Heusler合金在电子器件、传感器、热电和磁性存储器等领域具有广泛的应用前景。由于其优异的物理性质和广泛的应用前景，本文对Fe基Heusler合金的结构、性质、制备方法以及应用进行了总结和归纳。
1、Fe基Heusler合金的结构
Fe基Heusler合金的晶体结构为Cu$_2$MnAl型结构，是一种面心立方晶体结构。该结构由两个体心立方子晶相互垂直叠加而成，每个子晶包含四个原子，其中两个原子位于正体心，另外两个原子位于四个正面中心点。这种合金结构的特点是晶胞中包含16个原子，其中Fe原子占据了晶胞的3个位置，Cu和Mn原子各占据了2个位置，Al原子占据了6个位置。由于合金结构中包含多种元素，因此其物理性质十分特殊。
2、Fe基Heusler合金的性质
Fe基Heusler合金在物理性质方面具有很多优异的特性，如高形状记忆性、磁致伸缩效应和磁阻效应等。这些特性使该合金在电子器件、传感器、热电和磁性存储器等领域具有广泛的应用前景。
2.1高形状记忆性
Fe基Heusler合金的高形状记忆性是其重要的特性之一，因为它可以应用于形状记忆合金领域。形状记忆合金通常是指一种材料，在温度或应力作用下，可以发生可逆的形变，并还原到其原始形态。这种材料通常由NiTi合金、CuZnAl合金和Fe基Heusler合金等构成。
Fe基Heusler合金的形状记忆性是由于该合金中的晶格结构可逆变形的特性。具体来说，在Fe基Heusler合金的相变过程中，会产生martensite相。在外加应力和/或温度的作用下，martensite相会发生形变，同时可以保持高度的塑性，因为它们可以恢复其初始状态。
2.2磁致伸缩效应
Fe基Heusler合金的磁致伸缩效应是指，当该合金受到磁场作用时，其长度会发生变化。这种效应是由于在磁场下，Fe基Heusler合金中的磁自旋可以重新排列，从而导致晶格的畸变。这种效应具有很多应用，如在声音传感器中来转换声波信号为电信号、应用于机械阀门等等。
2.3磁阻效应
磁阻效应是另一个Fe基Heusler合金的优异特性。这种效应是指当合金处于磁场中时，它的电阻将会发生变化。由于Fe基Heusler合金的电阻随磁场大小而变化，因此它可以用于磁性存储器领域的磁阻读写头和磁阻控制器。此外，磁阻效应还可应用于热量测量和磁力计等领域。
3、Fe基Heusler合金的制备方法
在多种合金制备方法中，化学溶液法（或称偶联热解法，PECVD法）和真空热处理法是两种传统的制备Fe基Heusler合金的方法。此外，通过高温固相反应、气相反应、金属堆压等方法制备Fe基Heusler合金的方法也得到了广泛的应用，其中主要涉及下述几种方法。
制备方法一：真空热处理法
真空热处理法是一种常见的Fe基Heusler合金制备方法。具体来说，该方法是通过将原料在真空下进行加热，使其溶解在一起。由于Fe基Heusler合金的特殊结构，可以在金属间形成一个具有Cu$_2$MnAl型晶体结构的合金。
制备方法二：高温固相反应法
在高温固相反应法中，先将各种元素粉末按照一定的比例混合，然后通过高温合成将其制成Fe基Heusler合金。在这种方法中，调整原料粉末的比例和均匀混合可以显著影响合金的性质。
制备方法三：金属堆压法
金属堆压法是一种制备Fe基Heusler合金的新型方法，该方法是通过将多个金属片按一定的比例堆叠在一起，并进行高温烧结处理得到。这种方法制备的合金材料具有很好的结晶性和序列性。
制备方法四：气相反应法