中科院寧波材料所製備出新型高性能永磁材料

近日，中科院寧波材料所稀土磁性功能材料實驗室永磁研究組，通過結構設計調控磁性相間長程磁耦合作用從而實現微觀到宏觀尺度“軟”和“硬”相複合，製備出了具有複合結構的新型高性能永磁材料，並很好地詮釋了稀土永磁材料體系中用短程交換耦合難以解釋的諸多磁學問題。

針對熱變形Nd-Fe-B磁體原始粉末顆粒大晶粒尺寸小的特點，研究組首先利用富含La、Ce等高豐度稀土的永磁粉末在幾微米到幾十微米間實現與Nd-Fe-B粉末的有效耦合，成功製備出宏觀磁性能優異的高La、Ce熱變形磁體：當30wt.%混合稀土取代基礎上磁體最大磁能積達43.5 MGOe，矯頑力達1.07T（Journal of Alloys and Compounds 710（2017）66-71）；當20wt.%Ce取代時，最大磁能積達39.1 MGOe，矯頑力達1.20T（Journal of Magnetism and Magnetic Materials 449 （2018） 313-318）。

繼該工作之後，研究人員利用（NdPr）-Cu和Dy-Cu共熔合金擴散技術分別製備具有宏觀“核-殼”結構的無重稀土高矯頑力（μ0Hc=2.73T，Applied Physics Letters 107 （2015） 202403）熱變形Nd-Fe-B磁體和高磁能積（=53MGOe，Scientific Reports 6 （2016） 38335，Journal of Alloys and Compounds 724 （2017） 275-279）熱變形Nd-Fe-B磁體。該結構在元素分佈和晶粒尺寸等方面表現出特有的梯度結構，梯度範圍介於2-6mm。然而磁體整體磁性能並未因宏觀“核-殼”結構的產生而出現明顯的失耦現象，相反磁行為表現出良好的一致性，這從毫米尺度證明了磁體存在的強長程磁耦合作用，如圖A、B。

為進一步驗證和利用這種長程耦合作用，研究人員又選取了內稟磁性差異顯著的兩種磁性相，借助宏觀層狀結構設計來分析實現磁性相間的多尺度耦合，並在實驗基礎上，找到了亞毫米量級上兩相的最佳耦合距離，製備出性能優異的熱變形Nd-Fe-B磁體，如圖C、D。

通過多尺度條件下的磁性能和結構表徵，揭示了長程靜磁耦合作用可突破納米尺度限制，在微米或毫米範圍內都能實現很好的耦合作用。這種磁學特點為設計和製備新型高性能熱變形Nd-Fe-B材料提供了新的思路。該工作受到國家重點研發計畫和國家自然基金等項目的支持。

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