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: 197

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

铈在铁矿物对腐殖酸滞留作用中的角色：依赖于铈浓度、pH值和氧化还原条件的影响及其对土壤有机碳稳定化的启示

2026 - 05 - 29

点击次数: 67

来源：X-MOL铁矿物对土壤有机碳（SOC）的稳定化是陆地碳储存的重要途径，然而氧化还原波动会驱动铁矿物转化，从而改变矿物–有机质相互作用。铈（Ce）是一种高度氧化还原敏感的稀土元素，常吸附于活性铁相表面。目前尚不清楚Ce的吸附是否会影响铁的氧化还原循环以及铁–有机质复合体中有机碳的滞留能力。本研究在可控pH与氧化还原条件下，考察了环境相关浓度的Ce对针铁矿–和赤铁矿–腐殖酸有机–矿物复合体中溶解...

闪电通信：通过分子内1,2-质子转移实现镧系金属环单碳扩增的碳负离子易位

2026 - 05 - 28

点击次数: 67

来源：X-MOL分子内氢转移是化学和生物转化中最基本且最普遍的过程之一。在这里，我们引入了一种罕见的分子内 1,2-质子转移，在镧系金属环内无需外部穿梭即可进行。该转变通过连续的 1,5 和 1,4 质子位移实现的正式 1,2 质子转移，将五元黄晶环戊烷转化为六元环。DFT 计算显示，Lu–C 键作为内部质子继电器，预组织转移轨迹并降低势垒。配体稳定中间体的分离进一步证实了所提出的逐步机制。

突破激发势垒：用于圆偏振发光和放射性光学的可见光采集 Ir（III）–Eu（III）对抗体

2026 - 05 - 28

点击次数: 97

来源：X-MOL基于镧系的圆偏振发光（CPL）探针在生物系统中的应用长期以来受到一个根本性的权衡所阻碍：需要高能紫外激发来来克服 f–f 转变的低吸收率，而非紫外线照射固有的光毒性和组织穿透力差。在此，我们通过工程化一个异核 Ir（III）–Eu（III）二元体，作为高效可见光采集 CPL 发生器，解决了这一“激发瓶颈”。通过利用环金属化 Ir（III）天线的宽金属至配体电荷转移（MLCT）吸收...

协会参加广东省稀土行业协会换届会议

2026 - 05 - 27

点击次数: 116

2026年5月23日，广东省稀土行业协会第四届一次会员大会暨四届一次理事会会议在广州南沙召开，来自相关政府部门、全国各地稀土行业协会的领导和嘉宾应邀参会，共同见证新一届理事会和协会领导班子的产生。上海市稀土协会应邀参会，并以贺信形式致以祝贺，未来将与广东及全国各稀土协会继续携手同行，共同为推动稀土产业高质量发展贡献更多行业力量。