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本论文利用不同种类的晶隙原子调控La(Fe,Si)13材料的反常热膨胀(ATE)性能,并且结合材料的磁性能研究晶隙原子调节La(Fe,Si)13材料热膨胀性能的内部物理机制。 本论文选取H、C原子研究晶隙原子对不同Si含量La(Fe,Si)13材料的ATE性能的影响。结果表明,晶隙原子不会改变La(Fe,Si)13材料的晶体结构,但使晶胞发生膨胀。晶隙H原子的加入使La(Fe,Si)13材料具有室温负热膨胀(NTE)性能和宽温区的零热膨胀(ZTE)性能。LaFe11.0Si2.0掺杂晶隙H原子后在20~275K范围内具有ZTE性能((α-)=0.5×10-6 K-1),在275~350K范围内具有NTE性能((α-)=-42.3×10-6 K-1);晶隙C原子使La(Fe, Si)13材料的显著NTE温区变宽并向高温移动,但NTE强度变弱。LaFe11.5Si1.5和LaFe11.5Si1.5C0.6材料在180~250K范围内的平均热膨胀系数为-87.9×10-6 K-1和-49.7×10-6 K-1,并且LaFe11.5Si1.5C0.6材料在180~250K范围内体积变化更平缓。 根据理论研究和磁性能表征,晶隙原子调节La(Fe,Si)13材料的反常热膨胀性能与材料的Fe-Fe原子间磁交换耦合作用密切相关。La(Fe,Si)13材料的磁性能主要由Fe原子间的磁交换耦合作用决定,在掺杂晶隙原子后晶格膨胀,Fe-Fe原子间距离增加,导致Fe原子间3d波函数重合度减小而磁交换耦合作用增强。La(Fe,Si)13材料的磁交换耦合作用增强导致铁磁到顺磁的磁相转变即居里温度(Tc)向高温移动,因而显著NTE温区向高温移动。晶隙C原子使La(Fe,Si)13材料的磁相转变由一级相变转变为二级相变,因此NTE温区变宽。在铁磁态下,晶隙原子可以调节La(Fe,Si)13材料的自发磁致伸缩效应,而自发磁致伸缩效应与晶格的非简谐振动抵消时材料就会具有ZTE性能。