近日，南方科技大学材料科学与工程系任富增教授团队在宽温域弹卡材料研究方面取得新进展。相关成果以“Super-Stable Triphase Nanostructured NiTi for Elastocaloric Heat Pump”为题，发表于学术期刊 Advanced Functional Materials。

在全球能源转型与“双碳”目标背景下，传统基于蒸汽压缩的制冷与热泵技术因依赖制冷剂，对生态环境与气候变化带来日益严峻的温室效应挑战。在此形势下，固态制冷技术逐渐进入科研与产业视野。该技术利用材料在磁场、电场或应力场作用下发生固–固相变并伴随吸放热的物理效应（如磁热效应、电热效应和弹卡效应等），可实现高效制冷与制热。其中，应力驱动的弹卡制冷/热泵技术无需使用传统制冷剂，具有环境友好、能效比高以及易于制造和回收等显著优势，已成为国际研究热点。

在众多弹卡材料中，超弹性镍钛形状记忆合金因其在应力诱导可逆相变过程中能够释放和吸收大量潜热，被认为是实现弹卡固态热泵的理想候选材料之一。然而，现有商用镍钛合金在实际应用中仍面临瓶颈：其力学性能与弹卡效应对温度变化高度敏感，且在循环加载条件下易发生功能衰减和疲劳失效，难以满足热泵系统对十年以上稳定运行寿命的工程化需求。

图1 宽温域弹卡效应

针对上述关键瓶颈，研究团队通过精确调控冷轧工艺参数，成功制备出一种由纳米晶马氏体、纳米晶奥氏体与非晶相共同构成的三相纳米结构镍钛合金。该合金在 20–100 °C 的宽温域范围内，其应力–应变响应及绝热温变几乎不随环境温度变化（图1），表现出优异的力学稳定性、热稳定性与弹卡效应稳定性。

除宽温域稳定性能外，该材料在长期服役可靠性方面同样表现突出：在2亿次循环加载条件下几乎未出现功能衰减或疲劳失效（图2），验证了其在极端工况下仍具备超长寿命与高可靠性。该成果为新一代超稳定弹卡形状记忆合金的设计与调控提供了全新思路，有望推动弹卡制冷与固态热泵技术的工程化与规模化应用。

图2 功能疲劳性能

南方科技大学材料科学与工程系研究助理教授储康杰为论文第一作者，任富增为论文通讯作者。南方科技大学为论文第一单位。

该研究工作得到了广东省自然科学基金委面上项目、深圳市自然科学基金面上项目以及南方科技大学公共分析测试中心的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202526980

供稿：材料科学与工程系

通讯员：邓雅丽

主图：丘妍

编辑：曾昱雯