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    我国学者在纳米复合永磁材料研究领域取得重要进展

    日期 2017-06-09   来源:工程与材料科学部   作者:郑雁军,邓意达  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:51471144,51371074,51471145)等资助下,燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室张湘义教授团队采用纳米化途径,使用较少的稀土金属,研发出磁能积超过相应的纯稀土永磁材料的纳米复合磁体。相关研究成果以“Novel Bimorphological Anisotropic Bulk Nanocomposite Materials with High Energy Products”(具有高磁能积的新颖双形态各向异性纳米复合磁体)和“Controllably Manipulating Three-Dimensional Hybrid Nanostructures for Bulk Nanocomposites with Large Energy Products”(具有高磁能积的可控三维异质纳米结构的纳米复合磁体)为题分别发表在Advanced materialsNano letters杂志上。论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201606430/full和http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.7b00264。

      从笔记本电脑到高效洗衣机,从电动汽车到风力发电机,目前稀土永磁材料已在现代科技中占据着重要的地位,无时无刻不在影响着人们的生活,但是昂贵和有限的稀土资源限制了它们的广泛应用。有研究者设想,将稀土硬磁性材料与软磁性材料结合起来形成交换耦合纳米复合磁体,可望获得比纯稀土磁体更强的磁性能,并能较大程度地降低稀土金属的用量,然而这项研究的艰难程度被国际同行认为是一件“异想天开”的事情,主要的挑战是需要在纳米尺度上对软相的尺寸(£10纳米)、分布和含量以及硬相的晶体取向进行同时控制,这被认为是一个“工程噩梦”。

      最近,燕山大学张湘义教授的研究小组在国家自然科学基金的持续资助下,先采用机械合金化将软相均匀分布在Sm−Co非晶基体上,控制软相的尺寸、含量和分布;然后用高压热梯度压缩变形,利用晶体的应变能各向异性,使硬相在非晶基体中垂直取向生长,获得沿易磁化轴对中的柱状硬磁纳米晶体,从而实现了对软相和硬相结构的同时控制,他们还发现通过改变变形温度可以对硬磁纳米晶的尺寸(小于10纳米)和形态(球形、柱状和盘状)进行调控。该制备方法得到的各向异性SmCo7/FeCo纳米复合磁体的磁能积(28 MGOe)为当前报道高软相分数纳米复合磁体的最高值,超过了纯单相SmCo7稀土永磁材料(磁能积提高了58%),可以与当前商业SmCo5和Sm2Co17磁体相媲美,但少用稀土钐(Sm)达20−39wt.%。这一研究工作最近被“Advanced Science News”网站以 “Stronger magnets with smaller amounts of rare metals”(更少的稀土金属,更强的磁体)为题进行了报道,认为该研究不仅为研究低稀土超强永磁材料提供了新的方向,所采用的技术方法还适用于其它永磁材料体系,并且可以拓展到其它功能材料如热电和多铁材料的纳米化,实现块体纳米结构的可控制备,为复杂纳米结构的可控生长提供了新的思路。




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