科技资讯写作大赛｜下一代稀土永磁体的曙光

背逆时光 8年前 (2017-05-29) 4729浏览

材料人首届科技资讯写作大赛自5月13日发布征稿通知以来（参赛详情请戳我），受到读者们的广泛关注。本文由亚稳材料国家重点实验室黄光伟投稿。

作者所在课题组合影

【引言】

从移动电话到高效率的洗衣机，从电动汽车到风力发电、水力发电装置，从核潜艇到航空航天器，稀土永磁材料无处不在。同时稀土永磁材料对人类生活水平、社会的发展的影响已逐渐成为了主导，主要体现在能源的产生和能量的高效利用方面。

现存的永磁体主要是基于稀土元素的化合物，其含有较高的稀土元素（商用烧结Nd-Fe-B磁体其Nd含量为35 wt.% 左右）。由于稀土元素被称为工业味精，更有前国家领导人邓小平指出“中东有石油，中国有稀土”来点明稀土的精贵。因此稀土元素的国际形势主要体现为价格高昂和区域限制，这导致了稀土永磁材料的应用受到了限制，从而阻碍了人类社会的更高速发展。

【成果简介】

自1989年发现纳米复合永磁的剩磁增强效应及后续的跟踪研究表明“纳米复合永磁”具有成为新一代超强永磁体的潜力。但是，到今天为止，时间已经走过了近30年，超强纳米复合永磁还处于摸索中，这是因为在低纳米尺度下（小于10 nm）去同时、同步控制其微观形态，织构，界面等诸多因素在工程上被认为是一场噩梦。令人兴奋的是，最近，由亚稳材料国家重点实验室（燕山大学）张湘义教授领导的研究团队采用了一种独特的制备手段（多步变形），展示了一种特殊的纳米结构（双形态纳米结构）。这一战略最终实现了多个因素的同步控制，成功地制备出了块体各向异性纳米复合永磁体，该永磁体与同类磁体相比不仅具有破纪录的磁性能（28 MGOe），其所含稀土元素相当低，在最优性能时所含廉价软磁相α-Fe(Co)高达28 wt.%。该研究成果成功发表在国际知名期刊ADVANCED MATERIALS （Adv. Mater. 2017, 1606430）上“Novel Bimorphological Anisotropic Bulk Nanocomposite Materials with High Energy Products”。文章第一作者为李晓红教授（燕山大学理学院）。该工作为下一代稀土永磁的制备带来了曙光，该战略思想有望制备出下一代稀土永磁体为推动社会的稳步发展做出贡献。

【图文导读】

图1. 块体各向异性纳米复合永磁体的制备和表征

a）块体纳米复合永磁的制备流程图；

b），c）分别为平行于压力方向和垂直于压力方向的TEM图；

d），e）分别为平行于压力和垂直于压力方向的XRD图。

图2.块体各向异性纳米复合永磁体的磁性能及纳米结构的热稳定性

a）室温下块体各向异性纳米复合永磁体平行于压力方向和垂直于压力方向的磁滞回线；b）典型磁体平行于压力方向的磁能积分布图；c）不同软磁含量下磁体平行于压力方向的饱和磁化强度和矫顽力；d）不同软磁含量下磁体平行于压力方向的磁能积大小；e）磁体纳米结构热稳定性的表征；f）磁体在680℃+10min退火后的XRD图谱。

图3.块体各向异性纳米复合永磁体的磁能积与相关材料的磁能积比较以及磁性能与微观结构形态的关系