我国学者在多功能铁磁材料研究方面取得突破性进展

日期： 2024-09-24

浏览次数: 209

来源：国家自然科学基金委员会

在国家自然科学基金项目（批准号：51931007、U22A20116、52071279和52271236）等资助下，燕山大学张湘义教授团队与北京航空航天大学、北京工业大学、香港城市大学和中国科学院宁波材料技术与工程研究所等研究团队合作，在多功能铁磁材料研究方面取得突破性进展，实验发现了多功能铁磁体。相关成果以“一种多级纳米结构多功能铁磁体的快速制备 (Fast fabrication of a hierarchical nanostructured multifunctional ferromagnet )”为题，于2024年8月8日发表在《科学》(Science)期刊上。论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adp2328。

高性能永磁材料是电能和机械能转换的关键材料，因而成为电机的核心材料。当前，电机消耗了全球约40%的电力，其能量效率只需提高1%都将对解决全球能源、环境和生态问题产生重要的影响。为此，要求永磁材料具有尽可能高的能量密度（以提高能量转换效率）、高的电阻率（减少涡流损耗）和高的热稳定性来提高器件的可靠性。但是，这些功能特性通常相互矛盾，如同鱼和熊掌不可兼得。例如，高性能铁磁体都是优良的导体，通常具有低的电阻率。因此，铁磁体的高能量密度与高电阻率在本质上是互斥的，不可同时获得。另外，永磁材料在磁化态下处于亚稳态。为了提高它的磁热稳定性人们通常采用复杂的合金化途径，通过添加大量的非磁性元素或昂贵的重稀土金属来抑制其磁化反转过程。这不可避免地降低材料的饱和磁化强度，导致低的能量密度。因此，对于永磁材料而言，同时获得高能量密度、高电阻率和高热稳定性被人们长期认为是一件不可能的事。它一直是铁磁材料领域的一个巨大的科学和技术挑战。

针对这一挑战性难题，该项研究变革传统的复杂合金化设计思路，巧妙地采用多级纳米结构（HNS）的设计策略（图），在简单二元PrCo5合金中引入高密度的界面（晶界和层错）和局域原子有序变化，激活了多种微观机制来同时阻止畴壁移动和电子输运，成功破解了永磁材料中长期存在的、多个内在的性能冲突（trade-offs），实验发现了多功能永磁体。该磁体具有高的能量密度、高的电阻率和高的矫顽力热稳定性，优于当代最先进的高温永磁体；其矫顽力热稳定性远高于现有的商业稀土永磁材料。该HNS设计理念具有普适性，适用于其他结构和功能材料。研究结果为下一代多功能材料的发展提供了全新的理念和方向。

为了获得理想的HNS有序结构，研究团队创建了具有特色的高压强约束热变形技术。该技术能快速（秒级时间）制备完全致密的块体纳米材料，并实现纳米尺度和原子尺度结构的可控构筑，为块体多级纳米材料的可控制备提供了一个通用平台。这对下一代多功能材料的发展具有重要的意义。另外，该技术也可用于发现传统制备技术无法获得的亚稳态结构和亚稳相，促进先进亚稳材料的发展。

上一篇：分子前驱体法首次合成Ba-Pb-S带隙可调合金半导体材料展现光电应用潜力下一篇：协会参加市工经联组织的庆祝建国75周年系列活动

Hot News / 相关推荐

锚定铂纳米颗粒的三维石墨烯–二氧化铈纳米棒气凝胶用于提升催化性能

2026 - 06 - 04

点击次数: 16

来源：X-MOL直接甲醇燃料电池（DMFC）技术的持续发展对高性能、高耐久性贵金属基电催化剂的研发提出了日益严苛的要求。本文通过溶剂热共组装策略，合理设计并合成了由二氧化铈纳米棒与石墨烯构成的三维（3D）交联纳米结构复合催化剂（CeO2 NRs-G）。超细铂纳米颗粒被均匀锚定于该分级多孔骨架上，形成Pt/CeO2 NRs-G催化剂。该3D纳米结构兼具石墨烯的高导电性与多孔网络结构，可有效促进物质与...

纳米氧化铈的导电性与结构与其催化性能的关系

2026 - 06 - 03

点击次数: 40

来源：X-MOL相较于其他铜掺杂纳米氧化铈材料，于近室温条件下制备的8% Cu–纳米氧化铈在水煤气变换（WGS）反应中展现出优异的催化性能，但其原因十年来一直不甚明确［Si, R. 等，Catal. Today 2012, 180(1), 68–80.］。为探究该现象，我们对采用相同共沉淀法制备的、含铜量为0–16%的纳米氧化铈晶粒进行了电导率测试，并结合对分布函数（PDF）分析获得的结构信息开展...

构建基于铈的金属有机框架，用于四氢喹啉光催化氧化

2026 - 06 - 03

点击次数: 39

来源：X-MOL绿色光催化氧化材料作为环境和化学工程可持续发展的环保策略，吸引了广泛的研究关注。在这项工作中，在温和条件下，以溶温合成了一种新型二维铈基金属有机框架（Ce-MnTCPP）。该框架由锰卟啉配体 MnTCPP 构建，这是一种锰卟啉配体，由 Mn 2+ 离子与四氢喧啶卟啉（TCPP）及铀离子配位形成，已被证明是选择性氧化四氢喹啉的高效光催化剂。在 395 纳米 LED 照射下，其催化性能...

通过光催化记忆效应与铒掺杂协同作用实现高效CO2转化：铒掺杂BiOCl纳米片

2026 - 06 - 02

点击次数: 60

来源：X-MOL为寻找高效的二氧化碳还原光催化剂，稀土元素掺杂因其独特的电子结构和能级而受到广泛关注，可显著增强光吸收能力和电荷转移效率。本研究采用表面活性剂辅助水热法合成了二维超薄铒（Er）掺杂BiOCl纳米片。Er掺杂不仅抑制了光生载流子的复合，还进一步增强了BiOCl纳米片的光催化记忆效应。Er掺杂与前期可见光辐照诱导的光催化记忆效应之间的协同作用，大幅调控了BiOCl纳米片内部的电子态。实...