零热膨胀合金因其在精密仪器、航空航天等领域的重大应用价值而备受关注，然而传统金属间化合物的本征脆性严重制约了其实用化进程。近期，北京科技大学邢献然教授团队提出一种基于混合焓调控的双相合金设计策略，成功制备出在200-320 K温区内热膨胀系数低至αl = +0.6 × 10-6 K-1的(Hf, Ta, Nb)Fe2-Cu双相合金，同时该材料展现出高达922 MPa的抗压强度和23.2 W·m-1·K-1的优异热导率。相关成果发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)。

作者团队采用两步合成法制备(Hf, Ta, Nb)Fe2-Cu双相结构。首先在Laves相HfFe2中引入Ta和Nb元素，获得具有巨大负膨胀特性的(Hf, Ta, Nb)Fe2基体（αl = -26 × 10-6 K-1, 280-330 K），随后依据混合焓策略（Cu与Fe的混合焓为正），按质量分数引入正膨胀的Cu相，促使Cu与基体发生相分离，最终形成双相共存的复合结构。

图1 (Hf, Ta, Nb)Fe2-Cu金属的膨胀

原位中子衍射分析证实，单相(Hf, Ta, Nb)Fe2的负热膨胀行为主要源于磁体积效应，即随着温度升高，Fe磁矩减小所引发的晶格反常收缩。同步辐射X射线衍射进一步揭示，在双相合金中，(Hf, Ta, Nb)Fe2的a轴负膨胀与其c轴的正膨胀以及Cu相的正膨胀相互抵消，从而实现了宏观零热膨胀。力学性能方面，硬质Laves相与软质Cu相的双相协同作用，显著提升了抗压强度；同时，高导热的Cu相提供了连续的热传导通道，使材料整体热导率大幅提高。该工作不仅解决了零热膨胀材料力学性能与导热性能不足的瓶颈，也为实现零热膨胀材料的结构–功能一体化设计开辟了新途径。

图2 (Hf, Ta, Nb)Fe2-Cu金属的力学性能与热导率

该成果以“Mixing Enthalpy Optimized Zero Thermal Expansion with High Compressive Strength and Thermal Conductivity.”为题，近期发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)。论文的第一作者是北京科技大学李建博士，共同第一作者为周浩维博士、申耀祖博士，通讯作者为北京科技大学曹宜力教授、邢献然教授。该工作得到了国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费项目、北京市科协“高创计划”青年人才托举工程项目的资助。文章链接：https://doi.org/10.1002/adfm.77876。