日本研發(fā)含少量稀土元素的磁體 可用于汽車電機

汽車電機離不開磁體。

據(jù)外媒報道，日本國立材料科學(xué)研究所（National Institute for Materials Science，NIMS）與日本東北學(xué)院大學(xué)（Tohoku Gakuin University）研發(fā)了一種摻硼的各向異性釤（Sm，F(xiàn)e0．8Co0．2）12薄膜，其中僅含有少量的稀土元素。該化合物具有1．2特斯拉矯頑力，足以用于汽車電機。該薄膜通過打造一種獨特的顆粒狀納米結(jié)構(gòu)得以實現(xiàn)，其中釤12晶粒被厚度約為3納米的非晶質(zhì)晶界相均勻包裹。即使被加工成薄膜，此種化合物的磁性性能也比以釹－鐵－硼（Nd－Fe－B）為基礎(chǔ)的磁體更優(yōu)越。

圖片來源：國立材料科學(xué)研究所

人們對可以幫助減少二氧化碳排放的綠色技術(shù)（如用于環(huán)保汽車和風(fēng)力發(fā)電的電機）的需求不斷增長，導(dǎo)致此類技術(shù)所需的高性能永磁體的需求也迅速增長。目前基于釹－鐵－硼燒結(jié)的磁體不僅由稀土元素釹組成，還包含了重稀土元素鏑。由于獲取此類材料有相關(guān)的地緣政治風(fēng)險，有必要研發(fā)不依賴此類稀有元素的新磁體?；诟飨虍愋葬熻F12（SmFe12）的化合物含有數(shù)量較少的稀土元素，有潛力成為下一代永磁體的替代候選者。2017年，國立材料科學(xué)研究所證實釤－鐵－鈷化合物（Sm（Fe0．8Co0．2）12）在磁化強度、磁晶各向異性和居里溫度等幾個重要磁性參數(shù)上都優(yōu)于釹磁體。不過，之前的研究發(fā)現(xiàn)，此類化合物的矯頑力（另一個重要的實用磁體參數(shù)）并不夠。

于是，該研究小組主要關(guān)注于這一事實，即具有高矯頑力的高性能釹磁體具有多相微結(jié)構(gòu)，其中Nd2Fe14B微晶體沿著一個方向排列，并被約為3納米厚的非晶相單獨包裹。隨后，該研究小組嘗試研發(fā)出一種類似的微結(jié)構(gòu)，其中釤（Fe0．8Co0．2）12晶粒被一層薄的非晶相均勻包裹。在該研究項目中，該研究小組在釤（Fe0．8Co0．2）12中摻入了硼，制成了納米顆粒結(jié)構(gòu)，其中釤（Fe0．8Co0．2）12納米顆粒被3納米厚的非晶相均勻包裹。此外，該化合物具有各向異性的顆粒狀微觀結(jié)構(gòu)，使得其殘余磁化強度大于其他具有各向同性的顆粒狀微觀結(jié)構(gòu)、基于SmFe12的化合物。結(jié)果，該化合物的矯頑力達1．2特斯拉，殘余磁化強度達1．5特斯拉，遠遠大于之前研發(fā)的基于SmFe12的磁性化合物。

該款釤（Fe0．8Co0．2）12化合物具有各向異性多相微結(jié)構(gòu)，即使被加工成薄膜，仍具有很高的矯頑力。它可以作為一種新型磁體，性能優(yōu)于釹磁體。此前研發(fā)的各向異性釤（Fe0．8Co0．2）12化合物的矯頑力明顯低于本研究所研發(fā)的化合物。本研究發(fā)現(xiàn)的具有高矯頑力的化合物的潛在機制可能也適用于塊狀磁體，以研發(fā)出具有高矯頑力的實用型各向異性釤（Fe0．8Co0．2）12磁體。