Unprecedented non-hysteretic superelasticity of [001]-oriented NiCoFeGa single crystals

假弹性 材料科学 同步加速器 无扩散变换 相变 相(物质) 结晶学 中子衍射 晶体结构 复合材料 凝聚态物理 化学 光学 马氏体 微观结构 物理 有机化学
作者
Haiyang Chen,Yandong Wang,Zhihua Nie,Runguang Li,Daoyong Cong,Wenjun Liu,Feng Ye,Yuzi Liu,Peiyu Cao,Fuyang Tian,Xi Shen,Richeng Yu,Levente Vitos,Minghe Zhang,Shilei Li,Xiaoyi Zhang,Hong Zheng,J. F. Mitchell,Yang Ren
出处
期刊:Nature Materials [Springer Nature]
卷期号:19 (7): 712-718 被引量:128
标识
DOI:10.1038/s41563-020-0645-4
摘要

Superelasticity associated with the martensitic transformation has found a broad range of engineering applications1,2. However, the intrinsic hysteresis3 and temperature sensitivity4 of the first-order phase transformation significantly hinder the usage of smart metallic components in many critical areas. Here, we report a large superelasticity up to 15.2% strain in [001]-oriented NiCoFeGa single crystals, exhibiting non-hysteretic mechanical responses, a small temperature dependence and high-energy-storage capability and cyclic stability over a wide temperature and composition range. In situ synchrotron X-ray diffraction measurements show that the superelasticity is correlated with a stress-induced continuous variation of lattice parameter accompanied by structural fluctuation. Neutron diffraction and electron microscopy observations reveal an unprecedented microstructure consisting of atomic-level entanglement of ordered and disordered crystal structures, which can be manipulated to tune the superelasticity. The discovery of the large elasticity related to the entangled structure paves the way for exploiting elastic strain engineering and development of related functional materials. NiCoFeGa single crystals exhibit large non-hysteretic superelasticity over broad temperature and composition ranges. It is attributed to the continuous phase transition with applied stress, which is related to the fluctuation of entangled ordered and disordered crystal structures.

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