传统的基于蒸汽压缩的制冷系统依赖于具有高全球变暖潜能的氢氟碳化合物类制冷剂，这给环境带来了日益严重的负担。相比之下，绿色弹性热冷却技术无排放，被广泛认为是最有前景的固态冷却技术之一，可以替代蒸汽压缩方式[[1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8]]。该技术通过在形状记忆合金（SMAs）的应力诱导的可逆马氏体转变（MT）过程中交替吸收和释放潜热来实现冷却[[9], [10], [11], [12]]。在这些固态制冷剂中，基于NiTi的SMAs因其优异的性能而受到最广泛的研究：较大的转变潜热（20–30 J/g）[1]、可控的相变（PT）路径[[13], [14], [15]]以及较高的疲劳寿命[[16], [17], [18]]。然而，现有的基于NiTi的合金仍面临高压缩驱动应力（900–1800 MPa）[[19], [20], [21], [22]]和较差的弹性热稳定性[23]等挑战。这些问题阻碍了弹性热制冷原型向商业化的发展，尤其是在提高冷却效率和实现设备微型化方面[24]。
为了解决这些挑战，一些低驱动力的弹性热材料被开发出来。通常，单晶Cu基SMAs（如CuAlMn和CuZnAl合金[25]）、NiFeGa基合金[[26], [27], [28], [29], [30], [31]]以及CoNiGa合金[32]在压缩下的PT驱动应力较低，为100–200 MPa。人们期望它们能够替代基于NiTi的合金。不幸的是，这些低驱动应力合金的弹性热效应非常弱，绝热温度变化（|ΔTad|）仅为4–6.2 K，并且由于固有的脆性而在稳定性和疲劳性能方面存在局限性[25,32]。在先进的多晶材料中，基于NiTiCu的薄膜[33,34]在380 MPa的拉伸应力（相当于压缩下的约750 MPa）下表现出12–13.8 K的显著|ΔTad|，并在超过1000万次循环后仍保持高稳定性[18]，优于NiTi合金。然而，它们的临界PT应力（σtr）仍然过高，无法与上述单晶材料相媲美。基于NiMnTi的合金（特别是在Heusler相关体系中）[[37], [38], [39], [40], [41]]因其显著的弹性热效应（|ΔTad|达20 K）而受到广泛关注，被认为是弹性热制冷领域中有竞争力的候选材料之一。尽管其理论上的弹性热效应令人印象深刻，但仍需要超过700 MPa的高驱动力才能实现如此显著的|ΔTad|。现有研究表明，钒（V）掺杂是提高NiTi合金性能的有效方法，例如降低PT温度[[42], [43], [44], [45]]和降低PT驱动应力[44,45]。通过部分替代Ti，Ni50Ti45.3V4.7合金表现出改善的弹性热强度，表明V是一种有前景的掺杂元素[45]。然而，NiTiV合金的系统性成分优化、机械性能和弹性热稳定性仍不清楚。
研究发现，V掺杂需要仔细优化以平衡两种相互竞争的效果：少量的V（< 3原子百分比）不足以降低σtr，而过量的V（> 10原子百分比）会增加滞后耗散并减少潜热[46]。综合考虑，我们认为适当的V含量约为6原子百分比。鉴于转变温度对Ni/Ti比例更为敏感，调节Ni的含量对于优化NiTiV合金的转变性能和弹性热性能也至关重要。在本研究中，我们对Ni50+xTi44?xV6（原子百分比，x = 0、0.1、0.2、0.3、0.4和0.5）体系的微观结构、PT行为和弹性热效应进行了系统研究。通过引入马氏体纳米畴和密集的位错，我们进一步开发出了具有低PT应力、高弹性热稳定性和耐疲劳性的Ni50.2Ti43.8V6合金。本研究为开发兼具低驱动力和高冷却性能的新型弹性热材料提供了关键见解。
