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2020-10-09
据外媒报道，日本国立材料科学研究所（National Institute for Materials Science，NIMS）与日本东北学院大学（Tohoku Gakuin University）研发了一种掺硼的各向异性钐（Sm，Fe0.8Co0.2）12薄膜，其中仅含有少量的稀土元素。该化合物具有1.2特斯拉矫顽力，足以用于汽车电机。该薄膜通过打造一种独特的颗粒状纳米结构得以实现，其中钐12晶粒被厚度约为3纳米的非晶质晶界相均匀包裹。即使被加工成薄膜，此种化合物的磁性性能也比以钕-铁-硼（Nd-Fe-B）为基础的磁体更优越。
图片来源：国立材料科学研究所
人们对可以帮助减少二氧化碳排放的绿色技术（如用于环保汽车和风力发电的电机）的需求不断增长，导致此类技术所需的高性能永磁体的需求也迅速增长。目前基于钕-铁-硼烧结的磁体不仅由稀土元素钕组成，还包含了重稀土元素镝。由于获取此类材料有相关的地缘政治风险，有必要研发不依赖此类稀有元素的新磁体。基于各向异性钐铁12（SmFe12）的化合物含有数量较少的稀土元素，有潜力成为下一代永磁体的替代候选者。2017年，国立材料科学研究所证实钐-铁-钴化合物（Sm(Fe0.8Co0.2)12）在磁化强度、磁晶各向异性和居里温度等几个重要磁性参数上都优于钕磁体。不过，之前的研究发现，此类化合物的矫顽力（另一个重要的实用磁体参数）并不够。
于是，该研究小组主要关注于这一事实，即具有高矫顽力的高性能钕磁体具有多相微结构，其中Nd2Fe14B微晶体沿着一个方向排列，并被约为3纳米厚的非晶相单独包裹。随后，该研究小组尝试研发出一种类似的微结构，其中钐（Fe0.8Co0.2）12晶粒被一层薄的非晶相均匀包裹。在该研究项目中，该研究小组在钐（Fe0.8Co0.2）12中掺入了硼，制成了纳米颗粒结构，其中钐（Fe0.8Co0.2）12纳米颗粒被3纳米厚的非晶相均匀包裹。此外，该化合物具有各向异性的颗粒状微观结构，使得其残余磁化强度大于其他具有各向同性的颗粒状微观结构、基于SmFe12的化合物。结果，该化合物的矫顽力达1.2特斯拉，残余磁化强度达1.5特斯拉，远远大于之前研发的基于SmFe12的磁性化合物。
该款钐（Fe0.8Co0.2）12化合物具有各向异性多相微结构，即使被加工成薄膜，仍具有很高的矫顽力。它可以作为一种新型磁体，性能优于钕磁体。此前研发的各向异性钐（Fe0.8Co0.2）12化合物的矫顽力明显低于本研究所研发的化合物。本研究发现的具有高矫顽力的化合物的潜在机制可能也适用于块状磁体，以研发出具有高矫顽力的实用型各向异性钐（Fe0.8Co0.2）12磁体。
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