项目编号I02-2019-Z002
项目名称强各向异性纳米晶永磁材料研究
候选单位北京大学
候选人杨金波 韩景智 杨云波 刘顺荃 王常生
项目简介    风力发电和电动汽车的迅速发展使得高矫顽力和高温度稳定性永磁材料的研究和开发迫在眉睫。纳米结构的强磁各向异性永磁材料由于有望实现高的矫顽力和高的磁能积,因此是当前磁性材料研究的热点之一,但是实现高矫顽力和高温度稳定性的物理机制还有待研究。低温相MnBi永磁材料具有高的磁晶各向异性场和居里温度,尤其是具有反常的矫顽力系数,其矫顽力将随温度的升高而增大,具有作为高温磁体使用的潜力。然而,高纯度的低温相MnBi材料难以制备,而且其磁晶各向异性和反常矫顽力温度系数的物理机制也不清楚,同时现有制备的MnBi材料的磁能积仅为7MGOe,与其理论值18MGOe还有很大的差距,因此有望通过进一步的研究工作,使其成为新型高矫顽力高使用温度的永磁材料。 针对上述问题,本项目首先制备了高纯度的纳米晶MnBi磁粉,系统研究了MnBi磁晶各向异性的起源和反常矫顽力温度系数的物理机制,发现MnBi的反常矫顽力温度系数与晶格常数c/a的比值随温度的变化密切相关;另外在结构相变点(628 K)附近,还发现纳米晶MnBi晶格常数c/a的比值随温度的变化是连续的,这与块状MnBi材料晶格常数的非连续性变化不同;同时发现MnBi 的磁晶各向异性异常主要是Mn-Mn、Mn-Bi 两种化学键的竞争结果。温度升高时,Mn-Mn 化学键有利于轴各向异性的产生。在此基础上,运用快淬法首次制备了具有晶体织构型的纳米晶各向异性MnBi磁粉。发现快淬过程中早期析出的Bi具有晶体织构,而这种织构可以诱导生长具有晶体织构的MnBi;此材料的矫顽力在270 °C 时高达26 kOe。首次运用PLD技术制备了高各向异性和超高矫顽力的MnBi薄膜。MnBi各向异性薄膜的形成是基于早期沉积的各向异性Bi膜的模板效应,该薄膜的室温其矫顽力达到27 kOe,其矫顽力机制是源于磁矩的一致转动。本项目也针对NdFeB磁体系统研究了不同制备工艺条件下,钕铁硼材料晶界相的结构和磁性,首次发现无论采取何种工艺,钕铁硼材料晶界相中铁的含量均超过70%,为此提出了通过低熔点PrCu合金扩散调控晶界相结构和磁性的方法,获得了矫顽力高达27 kOe的钕铁硼材料。 MnBi材料的研究带动了国际上研究和开发Mn基材料的热潮,钕铁硼晶界相的研究和调控在我国最早开展了这方面的研究。共发表SCI论文20多篇,SCI他引超过240次(SCI总他引超过460次),合作出版了英文2个章节,授权3项中国发明和2项实用新型专利。这些研究结果对于研究和开发强各向异性的纳米晶永磁材料具有重要的理论和实践指导价值。

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