西安交大前沿院马天宇教授团队发现金属材料恒弹性效应新机制

绝大多数固体材料在降温时因键合增强而表现出模量硬化现象，仅有少数金属材料因发生二级磁性转变或扩散型相变能在一定温度范围内保持弹性模量几乎不随温度变化（即Elinvar效应）。具有恒弹性效应的金属材料在高精度高稳定性弹性元件和频率元件等关键部件不可或缺，因此受到凝聚态物理和材料领域研究人员的高度重视。

最近，西安交大前沿院马天宇教授团队联合西安交通大学讲座教授、甬江实验室上席研究员任晓兵教授发现了一种产生恒弹性效应的新机制。他们发现一种特殊的马氏体合金（Ni-Fe-Mn-Ti），其在相变结束温度以下连续冷却时弹性模量几乎保持恒定，不同于正常马氏体合金的低温模量硬化现象。这种恒弹性马氏体微米大畴内同时存在两种构型纳米小畴，在降温过程中两种小畴之间发生缓慢转变，补偿了原子键合增强所带来的本征模量硬化效应，从而带来恒弹性效应。此外，应力也能驱动两种纳米小畴之间的位移型相变，不仅使这种恒弹性马氏体合金具备宽温域超弹效应，还赋予其良好的低温塑性。

Ni_50–xFe_xMn₃₂Ti₁₈马氏体合金相图，其中的红色相区产生恒弹性效应

该工作是首次在一级马氏体相变体系中发现恒弹性效应，突破了传统金属材料低温硬化理论局限，为设计恒弹性合金和解决金属材料的低温脆性问题提供了新机制。相关工作以“马氏体中纳米尺度位移型相变诱导的恒弹性效应（Elinvar Effect by Nanoscale Displacive Phase Transformation in Martensites）”为题发表在《物理评论快报》（Physical Review Letters 2026, 137, 016101）。前沿院毕业生刘叠博士和青年教师刘瑶为论文第一作者，前沿院苟峻铭助理教授和马天宇教授为论文通讯作者。西安交通大学为论文通讯单位。

该研究得到了国家自然科学基金项目和西安交通大学金属材料强度全国重点实验室的支持。

论文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/1ft8-9hkv

马天宇教授主页：https://gr.xjtu.edu.cn/matianyu/