近日，中科院寧波材料所稀土磁性功能材料實(shí)驗(yàn)室永磁研究組，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)調(diào)控磁性相間長(zhǎng)程磁耦合作用從而實(shí)現(xiàn)微觀到宏觀尺度“軟”和“硬”相復(fù)合，制備出了具有復(fù)合結(jié)構(gòu)的新型高性能永磁材料，并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(xué)問題。
針對(duì)熱變形Nd-Fe-B磁體原始粉末顆粒大晶粒尺寸小的特點(diǎn)，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(shí)現(xiàn)與Nd-Fe-B粉末的有效耦合，成功制備出宏觀磁性能優(yōu)異的高La、Ce熱變形磁體：當(dāng)30wt.%混合稀土取代基礎(chǔ)上磁體最大磁能積達(dá)43.5 MGOe，矯頑力達(dá)1.07T（Journal of Alloys and Compounds 710（2017）66-71）；當(dāng)20wt.%Ce取代時(shí)，最大磁能積達(dá)39.1 MGOe，矯頑力達(dá)1.20T（Journal of Magnetism and Magnetic Materials 449 （2018） 313-318）。
繼該工作之后，研究人員利用（NdPr）-Cu和Dy-Cu共熔合金擴(kuò)散技術(shù)分別制備具有宏觀“核-殼”結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在元素分布和晶粒尺寸等方面表現(xiàn)出特有的梯度結(jié)構(gòu)，梯度范圍介于2-6mm。然而磁體整體磁性能并未因宏觀“核-殼”結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生而出現(xiàn)明顯的失耦現(xiàn)象，相反磁行為表現(xiàn)出良好的一致性，這從毫米尺度證明了磁體存在的強(qiáng)長(zhǎng)程磁耦合作用，如圖A、B。
為進(jìn)一步驗(yàn)證和利用這種長(zhǎng)程耦合作用，研究人員又選取了內(nèi)稟磁性差異顯著的兩種磁性相，借助宏觀層狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來分析實(shí)現(xiàn)磁性相間的多尺度耦合，并在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，找到了亞毫米量級(jí)上兩相的最佳耦合距離，制備出性能優(yōu)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(jié)構(gòu)表征，揭示了長(zhǎng)程靜磁耦合作用可突破納米尺度限制，在微米或毫米范圍內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)很好的耦合作用。這種磁學(xué)特點(diǎn)為設(shè)計(jì)和制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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和國(guó)家自然基金等項(xiàng)目的支持。
