探秘非晶納米晶:材料科學(xué)領(lǐng)域的新興力量
2025-03-21 15:24:00 來源:電子變壓器與電感網(wǎng) 作者:陳澤香
非晶納米晶材料雖不如一些常見材料為人熟知,卻憑借獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和卓越的性能,在眾多前沿科技領(lǐng)域嶄露頭角,成為材料科學(xué)研究的熱點(diǎn)與未來發(fā)展的關(guān)鍵方向之一。
深入了解非晶納米晶材料,不僅有助于我們把握材料科學(xué)的發(fā)展趨勢(shì),更能洞察其在推動(dòng)各行業(yè)進(jìn)步中所蘊(yùn)含的巨大潛力。
一、非晶與晶體:微觀世界的結(jié)構(gòu)大不同
非晶納米晶粉體形貌 圖源天智合金
在材料科學(xué)這個(gè)奇妙的微觀世界里,晶體和非晶體的原子排列方式簡(jiǎn)直是天差地別。晶體結(jié)構(gòu)的原子排列呈現(xiàn)長程有序,恰似整齊排列的格子,具備高度規(guī)則性與周期性。這種有序結(jié)構(gòu)讓晶體在物理性質(zhì)上表現(xiàn)出各向異性,比如光學(xué)、電學(xué)性質(zhì)會(huì)因方向不同而有所差異。
相比之下,非晶結(jié)構(gòu)是短程有序、長程無序的狀態(tài)。在短距離內(nèi),原子間存在一定排列規(guī)律,但從宏觀長距離看,原子排列缺乏周期性和規(guī)則性??此?“混亂” 的結(jié)構(gòu),它正是非晶納米晶材料展現(xiàn)特殊性能的關(guān)鍵所在!
二、非晶結(jié)構(gòu)軟磁材料:性能超絕,但也有小局限
非晶結(jié)構(gòu)賦予軟磁材料諸多優(yōu)異性能。先來說說磁導(dǎo)率,這可是衡量軟磁材料性能的關(guān)鍵指標(biāo),它反映的是材料在磁場(chǎng)中被磁化的難易程度。非晶結(jié)構(gòu)的軟磁材料磁導(dǎo)率比晶體結(jié)構(gòu)的要高很多,意味著在相同磁場(chǎng)條件下,它更容易被磁化。
還有矯頑力,它指的是把磁性材料的磁化強(qiáng)度降為零,需要施加的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度。非晶結(jié)構(gòu)軟磁材料的矯頑力特別小,這意味著在磁化和退磁的過程中,它消耗的能量很低。就好比一輛車,啟動(dòng)和剎車時(shí)油耗特別低。而且,非晶結(jié)構(gòu)不存在晶體結(jié)構(gòu)特有的磁晶各向異性,其磁性能在各個(gè)方向上表現(xiàn)更均勻。
理論上,非晶材料沒有晶界和周期性缺陷,所以強(qiáng)度更高,耐腐蝕性也應(yīng)該很好。但在實(shí)際應(yīng)用中,它的耐腐蝕性卻沒有達(dá)到理論預(yù)期。這是因?yàn)橹圃旃に噷?duì)材料性能影響很大,導(dǎo)致實(shí)際和理論性能出現(xiàn)了偏差。不過,這也給科學(xué)家們提出了新的挑戰(zhàn),激勵(lì)著大家不斷改進(jìn)制造工藝,讓非晶納米晶材料發(fā)揮出更大的潛力。
三、非晶納米晶材料:神奇的形成之旅
非晶納米晶材料的形成與冷卻速度密切相關(guān)。以霧化法為例,先將金屬原料按特定配比制成包含各種元素的金屬溶液。若采用緩慢冷卻方式,溶液中的原子有充足時(shí)間規(guī)則排列,實(shí)現(xiàn)晶化過程,最終形成具有長程有序結(jié)構(gòu)、明顯晶界和晶力的晶體。
若要獲得非晶態(tài)材料,則需極高冷卻速度,即急速冷卻。此時(shí)金屬溶液會(huì)從完全無序狀態(tài)瞬間凝固成無序的非晶狀態(tài)。后續(xù)對(duì)非晶材料進(jìn)行適當(dāng)熱處理,可促使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化,形成納米晶。納米晶是晶粒尺寸在 1 - 100 納米量級(jí)的晶體材料,微小的晶粒尺寸賦予其獨(dú)特物理和化學(xué)性質(zhì)。
四、非晶納米晶:材料體系與制備方法大揭秘
非晶納米晶主要分為鐵基類(Fe)、鎳基類(Ni)和鈷基類(Co)。鐵基材料通常采用霧化制粉法制備,即利用高速氣流或其他方式將液態(tài)金屬破碎成微小液滴,再迅速冷卻凝固成粉末。
鎳基和鈷基材料大多采用甩帶破碎法制作。該方法是將液態(tài)金屬噴射到高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥上,使金屬液在極短時(shí)間內(nèi)快速冷卻形成薄帶,再把薄帶破碎成粉末。
五、非晶納米晶在電子領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)
在無線快充等小型電子接受端領(lǐng)域,非晶納米晶材料已占據(jù)主流。與傳統(tǒng)鐵氧體軟磁材料相比,鐵基非晶納米晶優(yōu)勢(shì)明顯。鐵氧體材料磁導(dǎo)率較高,但飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs)較低。Bs 是磁性材料磁化時(shí),磁場(chǎng)強(qiáng)度增加到一定程度后,磁化強(qiáng)度不再明顯增加時(shí)對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值,反映材料存儲(chǔ)最大磁能的能力。
鐵基非晶納米晶不僅磁導(dǎo)率高,Bs 值也高,能更好滿足高性能電子器件向低能耗、高功率、小型化和高頻化發(fā)展的需求,代表了國際上下一代高端軟磁材料的重要發(fā)展方向。
此外,非晶納米晶粉末在形貌上具有良好球形度,這是因?yàn)榉蔷г诩彼倮鋮s時(shí)收縮速度極快,自然收縮成球形結(jié)構(gòu)。行業(yè)內(nèi)部分非晶納米晶材料企業(yè),如天智合金,已成功開發(fā)出粒度小于 5 微米的極細(xì)球形非晶納米晶產(chǎn)品,在損耗值和球形度方面性能極佳。
本文為嗶哥嗶特資訊原創(chuàng)文章,未經(jīng)允許和授權(quán),不得轉(zhuǎn)載,否則將嚴(yán)格追究法律責(zé)任;
儲(chǔ)能電壓將從1500V提升到2000V,儲(chǔ)能系統(tǒng)中關(guān)鍵部件的絕緣耐壓水平需要提高,對(duì)其中的非晶納米晶材料提出什么要求?佳友非晶非晶又是如何滿足的?
你知道軟磁材料如何開啟百年發(fā)展之路嗎?從金屬軟磁奠基,到鐵氧體、非晶納米晶變革,新興產(chǎn)業(yè)下它又將何去何從?一起回溯探究。
在800V電驅(qū)系統(tǒng)趨勢(shì)下,納米晶材料將逐步替代傳統(tǒng)材料,佳友作為專業(yè)生產(chǎn)非晶納米晶的磁性材料企業(yè),在納米晶領(lǐng)域?qū)⒔o我們帶來什么驚喜?
第一時(shí)間獲取電子制造行業(yè)新鮮資訊和深度商業(yè)分析,請(qǐng)?jiān)谖⑿殴娰~號(hào)中搜索“嗶哥嗶特商務(wù)網(wǎng)”或者“big-bit”,或用手機(jī)掃描左方二維碼,即可獲得嗶哥嗶特每日精華內(nèi)容推送和最優(yōu)搜索體驗(yàn),并參與活動(dòng)!
發(fā)表評(píng)論