代表性的研究成果：

1、Gd₅(Si,Ge)₄化合物的微观结构及磁功能行为

 （寇荣辉完成，2020年发表)

Gd₅(Si,Ge)₄化合物在室温附近具有巨磁热效应，但是其原子尺度上的微结构特征和缺陷性质存在争议。选区电子衍射分析表明，Gd₅Si_1.5Ge_2.5化合物块体并不是单相结构，而是处于三相共存的状态。除了层间化学键半开半闭的Gd₅Si₂Ge₂型M相外，还存在层间化学键完全闭合的Gd₅Si₄型O_I相和层间化学键完全打开的Gd₅Ge₄型O_II相。高分辨透射电镜分析表明，三相可在平均结构为M相的晶粒内部共存，相界面处存在失配位错或层错，而相界两侧的晶格具有类似孪晶的取向关系。基于这些发现，我们认为M相是O_II型高温无序相在冷却过程中发生类似马氏体相变产生的亚稳相，并推测了Gd₅(Si,Ge)₄化合物中的高温相关系。这一研究成果澄清了文献中的争议，并阐明了纳米相分离对降低室温附近磁驱动相变滞后的作用机制。

 

2、LaFe_11.5Si_1.5化合物中的纳米尺度结构及负滞后

 （黄丹完成，2021年发表，2022年校优秀博士论文代表性成果)

LaFe_11.5Si_1.5化合物在室温附近具有低场驱动的磁热效应。我们的热磁分析表明，退火后的LaFe_11.5Si_1.5样品中包含两个居里温度不同的铁磁相，其磁相变在热磁测量过程中分别表现出正的和负的滞后。同步辐射X射线高分辨衍射分析表明，样品中存在两个NaZn₁₃型结构的立方相。高分辨透射电镜分析表明，两个立方相在纳米尺度上以共格的方式均匀地混合在一起。根据这些结果可知，样品在退火过程中通过Si原子的短程有序发生了纳米尺度上的相分离。由于两相在纳米尺度上存在弹性交互作用，热磁测量中富Si的铁磁相提前发生铁磁到顺磁的相变，导致了负滞后现象的发生。这种因相分离出现的负滞后现象对于提高磁制冷材料的能源利用效率十分有利。由于两个铁磁相的相变温度存在差别，化合物的总熵变随温度的变化出现了两个峰，使得制冷窗口扩大，磁制冷能力显著增强。这一研究工作为设计和开发具有宽温域、窄滞后特征的高性能磁制冷材料提供了思路。

 

3、二元合金中的快速枝晶生长新理论

 （赵丹丹完成, 2022年发表，2023年校优秀博士论文代表性成果 )

枝晶生长是液态物质凝固过程中常见的现象。研究其动力学对于认识凝固过程的机理和设计非平衡凝固材料非常重要。但是，现有的理论无法完整地描述二元浓合金凝固过程中的枝晶生长动力学。我们考虑了四种不同的界面动力学，提出了描述二元浓合金中的枝晶生长理论，并采用模型合金进行了实验验证。

四种界面动力学过冷度的表达式如下：

DT_k = (1–V/V_DI) (V/m₁) + (V_D/m₂)(V/V_DI)  (V < V_DI) ,          (1)

      DT_k = V_D/m₂  ( V_DI £ V < V_D),                                          (2)

      DT_k = V/m₂ ( V_D £ V < V_A) ,                                             (3)

      DT_k = V/m₃  (V ³ V_A)。                                                    (4)

它们分别对应着界面速率受溶质拖曳和溶质截留的共同控制、仅受溶质截留的控制、受界面热力学弛豫的控制、受界面处原子碰撞的控制的动力学过冷度。

  新理论预测的界面速率随体过冷的四阶段变化规律与我们在Co₉₀Cu₁₀合金过冷凝固过程中观察到的结果定量一致。新理论也可定量解释文献中报道的Ni₇₀Cu₃₀、Ni₉₉Zr₁和Ni₉₉B₁等二元合金凝固过程中的枝晶生长速率随体过冷的变化规律。因此，新理论具备描述任意二元浓合金凝固过程中枝晶生长动力学的能力。

 

4、金属材料增材制造过程中熔池的过冷度评估

  （赵日杰完成，2021年发表，2022年辽宁省优秀博士论文代表性成果）

      Ni₃Sn是一个一致熔化的金属间化合物。同步辐射X射线原位衍射分析表明，该化合物的液相在165K的临界过冷度条件下快速凝固时，固相晶格处于无序状态（无序截留），但无序晶格在随后的糊状区慢速凝固阶段发生了不完全的无序-有序转变，从而在凝固结束后形成了有序纳米畴和无序纳米畴共存的混合组织。利用这一非平衡凝固组织特征可以评估激光选区熔化增材制造工艺中熔池的过冷度。扫描电镜和能谱分析表明，元素混合粉激光选区熔化制备的Ni₃Sn样品在微米尺度上具有较好的结构和成分均匀性。高分辨透射电镜和高角环形暗场像分析表明，激光选区熔化制备的Ni₃Sn样品中也存在有序和无序纳米畴共存的混合组织。据此判断，激光选区熔化工艺中Ni₃Sn熔池发生快速凝固时的过冷度可达165K或者更高。如此高的过冷是熔池在快速冷却过程中产生的动态过冷，因此不受熔池中未熔化的原料颗粒的限制。这一研究工作为正确认识激光增材制造工艺中熔池的快速凝固条件特别是过冷度水平提供了方法和依据。