科技資訊寫作大賽｜下一代稀土永磁體的曙光

背逆時光 6年前 (2017-05-29) 4083瀏覽

材料人首屆科技資訊寫作大賽自5月13日發布征稿通知以來（參賽詳情請戳我），受到讀者們的廣泛關注。本文由亞穩材料國家重點實驗室黃光偉投稿。

作者所在課題組合影

【引言】

從移動電話到高效率的洗衣機，從電動汽車到風力發電、水力發電裝置，從核潛艇到航空航天器，稀土永磁材料無處不在。同時稀土永磁材料對人類生活水平、社會的發展的影響已逐漸成為了主導，主要體現在能源的產生和能量的高效利用方面。

現存的永磁體主要是基于稀土元素的化合物，其含有較高的稀土元素（商用燒結Nd-Fe-B磁體其Nd含量為35 wt.% 左右）。由于稀土元素被稱為工業味精，更有前國家領導人鄧小平指出“中東有石油，中國有稀土”來點明稀土的精貴。因此稀土元素的國際形勢主要體現為價格高昂和區域限制，這導致了稀土永磁材料的應用受到了限制，從而阻礙了人類社會的更高速發展。

?【成果簡介】

自1989年發現納米復合永磁的剩磁增強效應及后續的跟蹤研究表明“納米復合永磁”具有成為新一代超強永磁體的潛力。但是，到今天為止，時間已經走過了近30年，超強納米復合永磁還處于摸索中，這是因為在低納米尺度下（小于10 nm）去同時、同步控制其微觀形態，織構，界面等諸多因素在工程上被認為是一場噩夢。令人興奮的是，最近，由亞穩材料國家重點實驗室（燕山大學）張湘義教授領導的研究團隊采用了一種獨特的制備手段（多步變形），展示了一種特殊的納米結構（雙形態納米結構）。這一戰略最終實現了多個因素的同步控制，成功地制備出了塊體各向異性納米復合永磁體，該永磁體與同類磁體相比不僅具有破紀錄的磁性能（28 MGOe），其所含稀土元素相當低，在最優性能時所含廉價軟磁相α-Fe(Co)高達28 wt.%。該研究成果成功發表在國際知名期刊ADVANCED? MATERIALS （Adv. Mater. 2017, 1606430）上“Novel Bimorphological Anisotropic Bulk Nanocomposite Materials with High Energy Products”。文章第一作者為李曉紅教授（燕山大學理學院）。該工作為下一代稀土永磁的制備帶來了曙光，該戰略思想有望制備出下一代稀土永磁體為推動社會的穩步發展做出貢獻。

【圖文導讀】

?圖1. 塊體各向異性納米復合永磁體的制備和表征

?a）塊體納米復合永磁的制備流程圖；

b），c）分別為平行于壓力方向和垂直于壓力方向的TEM圖；

d），e）分別為平行于壓力和垂直于壓力方向的XRD圖。

圖2.塊體各向異性納米復合永磁體的磁性能及納米結構的熱穩定性

a）室溫下塊體各向異性納米復合永磁體平行于壓力方向和垂直于壓力方向的磁滯回線；b）典型磁體平行于壓力方向的磁能積分布圖；c）不同軟磁含量下磁體平行于壓力方向的飽和磁化強度和矯頑力；d）不同軟磁含量下磁體平行于壓力方向的磁能積大小；e）磁體納米結構熱穩定性的表征；f）磁體在680℃+10min退火后的XRD圖譜。

圖3.塊體各向異性納米復合永磁體的磁能積與相關材料的磁能積比較以及磁性能與微觀結構形態的關系