中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
近日，上海大學(xué)材料學(xué)院杜娟教授團隊和中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所邊寶茹副研究員等合作在國際著(zhù)名期刊Materials Today Physics發(fā)表題為“Tripling magnetic energy product in magnetic hard/soft nanocomposite permanent magnets”以及J. Mater. Sci. Technol.上發(fā)表題為“High magnetic energy product in isotropic nanocomposite powders with high percent of soft phase towards ultrastrong magnets”研究論文。全偉、馬龍飛和樊金奎為論文共同第一作者，杜娟教授和鄭強教授為共同通訊作者。
具有超高磁能積和低稀土含量的軟硬納米復合永磁材料是最有可能實(shí)現的新一代永磁材料。納米復合稀土永磁薄膜已經(jīng)獲得了遠高于單相磁體的高磁能積，實(shí)現了性能上的突破。然而在納米復合磁粉及塊狀磁體的物理法制備方面卻遇到了瓶頸，這主要是因為納米結構微觀(guān)組織調控上存在諸多困難，包括軟硬磁相的尺寸難以控制（通常>20nm）、合適的相組成及高的軟磁相含量（通常< 28%）難以獲得，導致軟硬磁相難以達到理想的耦合條件。國內外在各向同性的SmCo/Fe(Co)納米復合稀土永磁材料中獲得的磁能積最大僅為19.2MGOe，甚至低于實(shí)驗室和商業(yè)SmCo5單相各向異性磁體所能獲得最大值。杜娟教授多年來(lái)從事納米晶磁性材料研究，研究團隊通過(guò)多相納米晶材料兩步制備新工藝制備出了最高磁能積大于29MGOe的各向同性SmCo/FeCo復合材料，突破了SmCo5單相各向同性稀土永磁材料25MGOe的最大值。這是納米復合稀土永磁材料研究領(lǐng)域里程碑式的重要進(jìn)展。
杜娟教授研究團隊基于近期系列研究成果提出了多硬相復合來(lái)提高稀土永磁體剩磁的途徑，發(fā)展了具有剩磁增強效應的多相硬納米晶粉體和塊體的可控制備新方法。對于永磁材料來(lái)說(shuō)，多硬相相復合材料包括多硬相的硬-硬相復合永磁材料和多硬相的軟-硬相納米復合永磁材料。團隊發(fā)展了多硬相納米晶材料的兩步制備新工藝：第一步采用兩種以上原材料通過(guò)優(yōu)化的球磨工藝制備出高度均勻分散的非晶納米晶基材，第二步利用低溫退火或低溫多級溫壓工藝制備納米晶復合粉體和高致密度的納米晶復合塊體材料。該工藝制備出來(lái)的納米晶材料可實(shí)現所含多相顆粒的均勻分布；所含相含量連續可調（0~50%）；晶?？蓪?shí)現<20nm的納米晶尺寸。
研究團隊基于多相納米晶材料可控制備工藝，利用Sm-Co合金和Fe粉為原材料，成功制備出磁能積為23.6~29.1 MGOe的各向同性多硬相SmCo/FeCo粉體和塊體材料，超過(guò)了SmCo5單相各向異性磁體25MGOe的最大值，所獲得的各向同性SmCo/FeCo復合材料的磁能積是各向同性SmCo3單硬相磁能積的9倍，是各向同性SmCo5單相磁能積的3倍。該研究所獲得的最大磁能積是目前各向同性納米復合稀土永磁材料的磁能積記錄（見(jiàn)圖2）。多硬相SmCo/FeCo納米晶復合材料的高磁能積的獲得源于其特殊的微觀(guān)組織結構：多硬相SmCo主要包括1:3和1:5相，還有少量的1:7相和 2:17 相Sm-Co，硬相成分中含有Fe元素；軟相是具有高飽和磁化強度的FeCo相（納米復合材料的微觀(guān)組織結構見(jiàn)圖3）。其中硬相的平均晶粒尺寸<10~15nm，軟相的平均晶粒尺寸<15~20nm。當軟磁相FeCo達到25~50%時(shí)，磁能積能達到25MGOe以上的水平。
研究團隊基于以上工作發(fā)表的代表性SCI論文：J. Mater. Sci. Technol. 144 (2023) 161；Materials Today Physics, 26 (2022) 100750；J. Mater. Sci. Technol. 37 (2020)181；35 (2019) 560。該工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目（No. 52171184）和浙江省自然科學(xué)基金重大項目(No. LD19E010001)的支持。
