近日，万事平台材料學院杜娟教授團隊和中國科學院寧波材料技術與工程研究所邊寶茹副研究員等合作在國際著名期刊Materials Today Physics發表題為“Tripling magnetic energy product in magnetic hard/soft nanocomposite permanent magnets”以及J. Mater. Sci. Technol.上發表題為“High magnetic energy product in isotropic nanocomposite powders with high percent of soft phase towards ultrastrong magnets”研究論文。全偉🍚、馬龍飛和樊金奎為論文共同第一作者🧛♂️，杜娟教授和鄭強教授為共同通訊作者🧉。
具有超高磁能積和低稀土含量的軟硬納米復合永磁材料是最有可能實現的新一代永磁材料。納米復合稀土永磁薄膜已經獲得了遠高於單相磁體的高磁能積，實現了性能上的突破。然而在納米復合磁粉及塊狀磁體的物理法製備方面卻遇到了瓶頸，這主要是因為納米結構微觀組織調控上存在諸多困難，包括軟硬磁相的尺寸難以控製（通常>20nm）🧓🏿、合適的相組成及高的軟磁相含量（通常< 28%）難以獲得，導致軟硬磁相難以達到理想的耦合條件🪔。國內外在各向同性的SmCo/Fe(Co)納米復合稀土永磁材料中獲得的磁能積最大僅為19.2MGOe，甚至低於實驗室和商業SmCo5單相各向異性磁體所能獲得最大值。杜娟教授多年來從事納米晶磁性材料研究，研究團隊通過多相納米晶材料兩步製備新工藝製備出了最高磁能積大於29MGOe的各向同性SmCo/FeCo復合材料👮🏽♂️，突破了SmCo5單相各向同性稀土永磁材料25MGOe的最大值。這是納米復合稀土永磁材料研究領域裏程碑式的重要進展。
杜娟教授研究團隊基於近期系列研究成果提出了多硬相復合來提高稀土永磁體剩磁的途徑，發展了具有剩磁增強效應的多相硬納米晶粉體和塊體的可控製備新方法。對於永磁材料來說，多硬相相復合材料包括多硬相的硬-硬相復合永磁材料和多硬相的軟-硬相納米復合永磁材料。團隊發展了多硬相納米晶材料的兩步製備新工藝：第一步采用兩種以上原材料通過優化的球磨工藝製備出高度均勻分散的非晶納米晶基材，第二步利用低溫退火或低溫多級溫壓工藝製備納米晶復合粉體和高致密度的納米晶復合塊體材料。該工藝製備出來的納米晶材料可實現所含多相顆粒的均勻分布🧑🏻；所含相含量連續可調（0~50%）；晶粒可實現<20nm的納米晶尺寸。
圖1 多硬相納米復合稀土永磁材料的製備過程及微結構演變示意圖
研究團隊基於多相納米晶材料可控製備工藝，利用Sm-Co合金和Fe粉為原材料，成功製備出磁能積為23.6~29.1 MGOe的各向同性多硬相SmCo/FeCo粉體和塊體材料，超過了SmCo5單相各向異性磁體25MGOe的最大值，所獲得的各向同性SmCo/FeCo復合材料的磁能積是各向同性SmCo3單硬相磁能積的9倍👨🏿🎓，是各向同性SmCo5單相磁能積的3倍。該研究所獲得的最大磁能積是目前各向同性納米復合稀土永磁材料的磁能積記錄（見圖2）。多硬相SmCo/FeCo納米晶復合材料的高磁能積的獲得源於其特殊的微觀組織結構：多硬相SmCo主要包括1:3和1:5相☮️，還有少量的1:7相和 2:17 相Sm-Co，硬相成分中含有Fe元素；軟相是具有高飽和磁化強度的FeCo相（納米復合材料的微觀組織結構見圖3）🔇。其中硬相的平均晶粒尺寸<10~15nm，軟相的平均晶粒尺寸<15~20nm🎈。當軟磁相FeCo達到25~50%時，磁能積能達到25MGOe以上的水平。
圖2 各向同性多硬相SmCo/FeCo 納米復合材料的最大磁能積（a）😥，與報道的各向同性納米復合磁體的代表性磁能積對比（b）。
圖3 SmCo/FeCo納米復合材料的微觀組織結構（a）🖕🏼，所含相組成（b）☀️，所含主要硬相和軟相的微觀組織示意圖（c）🪫，成分線掃描（d）🥕。
研究團隊基於以上工作發表的代表性SCI論文：J. Mater. Sci. Technol. 144 (2023) 161；Materials Today Physics, 26 (2022) 100750；J. Mater. Sci. Technol. 37 (2020)181；35 (2019) 560。該工作得到了國家自然科學基金面上項目（No. 52171184）和浙江省自然科學基金重大項目(No. LD19E010001)的支持。
相關論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1005030222008234
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2542529322001481
