磁致伸缩材料是感知磁场并产生智能驱动特性的特种功能材料，在深空与深海探测等高技术领域应用前景广阔。高性能工程应用要求磁致伸缩材料不仅能在宽温域内产生无滞后的大体积磁致伸缩效应，即同时沿纵向和横向产生大的弹性变形，而且具备良好的结构承载性，即兼具高强度和高塑性。然而，基于二级相变的磁性材料不产生体积磁致伸缩效应，且大磁致伸缩材料多为本征脆性的金属间化合物，尽管少部分具有大体积磁致伸缩效应的一级相变材料塑韧性良好，但存在磁致伸缩滞后大和服役温域窄的先天不足。因此，亟需发展新原理和新方法，研发同时满足上述结构-功能一体化苛刻要求的先进材料。

最近，前沿院马天宇教授团队基于多主元交互效应思想，设计出一种新型磁性材料——宽温域无滞后大体磁致伸缩强韧高熵合金（Fe-Co-Al-Cr-Ni，简称Ni10-HEA）。如图1所示，该合金在298 K到100 K的宽温域表现出无滞后的大体积磁致伸缩效应，其体积磁致伸缩系数和服役温域均优于已有的体磁致伸缩材料。此外，该合金还同时具备宽温域高强度和高韧性，屈服强度、拉伸强度和拉伸断裂应变均优于商用磁致伸缩材料，而且在降温过程中也不发生韧-脆转变。因此，该工作为深空与深海探测技术急需的特种功能材料提供了重要候选，也为设计高性能结构-功能一体化材料提供了新思路。相关工作以《强韧高熵合金的无滞后大体磁致伸缩效应》“Large Non-hysteretic Volume Magnetostriction in a Strong and Ductile High-Entropy Alloy”为题在线发表于材料领域国际顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）。同时，该工作已申报国家发明专利。

图1 FeCoAlCrNi高熵合金(Ni10-HEA)的磁致伸缩曲线、拉伸应力-应变曲线、主要性能指标与其他磁致伸缩材料的比较

前沿院助理教授苟峻铭和博士生潘贇为论文第一作者，马天宇教授为论文通讯作者，合作者包括中国工程物理研究院张昌盛博士、四川大学刘畅博士和中国科学院宁波材料研究所夏卫星研究员。西安交通大学前沿院和金属材料强度国家重点实验室为论文通讯单位。研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目和中央高校基本科研业务费专项资金项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202404192