日本NIMS發布“納米條紋”軟磁材料，助力AI與電動車節能

日本國立材料研究所（NIMS）與東北大學、產業技術綜合研究所共同宣布，在鐵系軟磁性非晶帶材中引入全新的“納米組織-磁區構造”控制技術，成功將電力損耗較現有水平降低50%以上；在AI數據中心、電動汽車所需的數十千赫茲實現了超低損耗，為設備節能與碳中和提供新方案。

隨著面向人工智能的數據中心、電動汽車等電力應用迅速擴大，如何高效利用電力成為緊迫課題。功率電子技術的關鍵——變壓器、電感器所采用的軟磁材料，其性能直接決定轉換效率。軟磁材料雖具備優異的磁化響應，可抑制電力損耗，但伴隨功率電子的高頻化，材料自身的能量損耗日益加劇，亟需突破。

NIMS聯合團隊針對這一瓶頸，開發了可在數十千赫茲發揮超低損耗的“納米結構-磁區協同工程”技術。該技術以廉價元素制備Fe含量>84at.%的非晶合金Fe₈₄.₈Si₀.₅B₉.₄P₃.₄Cu₀.₈C₁.₁（at.%），通過短時近結晶溫度退火，在殘余非晶基體中可控析出α-Fe納米晶。晶化誘發的壓應力與正磁致伸縮耦合，產生弱垂直磁各向異性，形成寬約4.8μm的條紋磁疇，顯著抑制疇壁運動，從而將高頻附加損耗（Pa）降至*低。與此同時，納米晶尺寸處于交換耦合長度內，磁滯損耗（Ph）與矯頑力（Hc）同步下降；薄帶結構本身限制渦流路徑，渦流損耗（Pe）亦被天然削弱。

實驗結果顯示，在10kHz、1T條件下，材料總鐵損約75W/kg，比傳統非晶帶材降低55%，飽和磁感應強度保持1.6T。三階段結構演化——鑄態寬疇高損、部分晶化條紋疇低損、高度晶化細疇高磁感——為不同應用提供可調性能：部分晶化態適用于高頻變壓器、EMI濾波器；高度晶化態適用于脈沖功率、配電變壓器。

該項技術通過納米結構工程引入PMA并構建條紋疇，在10kHz、1T下實現PT≈75W/kg，比傳統非晶降低55%，創下新高。綜合經典損耗模型與磁化過程分解分析證實，高頻下Pa為主導損耗，且磁化反轉機制由疇壁位移向旋轉型轉變。該技術不僅推動了軟磁材料設計的前沿，也為現代高頻高效功率電子設立了新標桿，并具備向各類Fe基非晶體系推廣的廣闊前景。

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