【新聞中心訊】近日，我校亞穩(wěn)材料制備技術(shù)與科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張湘義教授科研團(tuán)隊(duì)在納米復(fù)合永磁材料研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。科研團(tuán)隊(duì)采用納米化途徑，使用較少的稀土金屬，制備出磁能積（衡量永磁材料性能的關(guān)鍵指標(biāo)）超過相應(yīng)的純稀土永磁材料的塊體納米復(fù)合材料，有關(guān)研究成果以“Novel Bimorphological Anisotropic Bulk Nanocomposite Materials with High Energy Products（具有高磁能積的新奇雙形態(tài)各向異性塊體納米復(fù)合材料）”為題在Advanced Materials雜志上發(fā)表。論文發(fā)表后，Advanced Science News網(wǎng)站以“Stronger Magnets with Smaller Amounts of Rare Earth Metals”為標(biāo)題并配圖介紹了該項(xiàng)工作，國家自然科學(xué)基金委網(wǎng)站也以“我國學(xué)者在納米復(fù)合永磁材料研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展”為標(biāo)題對這項(xiàng)工作進(jìn)行了報(bào)道。
從筆記本電腦到高效洗衣機(jī)，從電動汽車到風(fēng)力發(fā)電，永磁材料無處不在，它們的發(fā)展對人類生活方式的改變和社會進(jìn)步正在產(chǎn)生空前的影響。然而，現(xiàn)有的強(qiáng)磁體都是稀土永磁材料，昂貴、有限的稀土資源嚴(yán)重制約了這類材料的廣泛應(yīng)用，使它們難以滿足日益增長的社會需求。二十多年前，有研究者設(shè)想，將稀土硬磁材料與軟磁材料結(jié)合起來形成交換耦合納米復(fù)合磁體，可望獲得比純稀土磁體更強(qiáng)的磁性能，并能較大程度地降低稀土金屬的用量。但是，迄今為止，人們一直沒有獲得這種磁性能又強(qiáng)、成本又廉價(jià)的復(fù)合磁體。主要的挑戰(zhàn)是需要在納米尺度上對軟磁材料晶粒的尺寸（等于或小于10納米）、分布和含量以及硬磁材料的晶體取向進(jìn)行同時(shí)控制，其艱難程度被認(rèn)為是一個(gè)“工程噩夢”。因此，大多數(shù)人聲稱，通過納米化來發(fā)展超強(qiáng)永磁體是一件“異想天開的事”和“令人敬畏的挑戰(zhàn)”。
在國家自然科學(xué)基金的持續(xù)資助下，張湘義教授的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新穎的變形策略，制備出各向異性塊體SmCo/FeCo納米復(fù)合永磁材料，從而巧妙地解決了這個(gè)困擾世界各國研究人員二十多年的“工程噩夢”。該材料的磁能積（28 MGOe）為當(dāng)前報(bào)道的含高軟相分?jǐn)?shù)塊體納米復(fù)合磁體的最高值，并超過了相應(yīng)的純稀土永磁材料（磁能積提高了58%）。另外，所制備的納米復(fù)合材料的磁能積可以與當(dāng)前商業(yè)SmCo5和Sm2Co17磁體相媲美，但是，少用稀土釤（Sm）20?39 %（重量百分?jǐn)?shù)）。這優(yōu)異的性能源于他們實(shí)現(xiàn)了對軟、硬磁晶粒多個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)的同時(shí)控制。研究小組先采用機(jī)械合金化技術(shù)將軟磁晶粒均勻分布在Sm?Co非晶基體上來控制軟相的尺寸、含量和分布；然后，采用高壓熱梯度壓縮變形，利用晶體的應(yīng)變能各向異性，使硬磁晶粒在非晶基體中垂直取向生長，以獲得沿易磁化軸對中的柱狀硬磁納米晶體，從而實(shí)現(xiàn)了對軟磁和硬磁晶粒結(jié)構(gòu)的同時(shí)控制。
塊體SmCoFe(Co)納米復(fù)合磁體以及純SmCo稀土磁體的磁能積比較
另外，張湘義教授科研團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)通過改變變形溫度可以對硬磁納米晶的尺寸（小于10納米）和形態(tài)（球形、柱狀和盤狀）進(jìn)行調(diào)控;他們通過控制合金熔體的結(jié)構(gòu)，制備出三維類殼/核軟、硬磁異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，其磁能積為當(dāng)前各向同性永磁材料的最高值。有關(guān)研究結(jié)果分別發(fā)表在2017年和2016年的Nano Letters雜志上。
這些研究成果為探索低稀土超強(qiáng)永磁材料提供了新的策略和方向。所建立的技術(shù)不僅適用于其它永磁材料體系，而且可用于其它功能材料的納米化，實(shí)現(xiàn)塊體納米結(jié)構(gòu)的可控制備。所提出的制備策略將激勵人們探索復(fù)雜異質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的可控生長和空前的性能。（編輯/劉蕊）
相關(guān)論文鏈接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201606430/full
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.7b00264
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b02210
