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寧波材料所在鐵氧體永磁材料磁各向異性提升機(jī)理方面取得進(jìn)展

研發(fā)快訊 2024年07月30日 10:29:23來源:中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所 18205
摘要M型六角鐵氧體是一種廣泛應(yīng)用于汽車電機(jī)、電子工具和家用電器中的永磁材料,已成為現(xiàn)代工業(yè)的重要材料。通過La(鑭)和Co(鈷)的共同替代,不僅能夠提升鐵氧體的磁性能,還能提高其操作溫度,是目前唯一商用化的高性能鐵氧體材料。

  【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】M型六角鐵氧體是一種廣泛應(yīng)用于汽車電機(jī)、電子工具和家用電器中的永磁材料,已成為現(xiàn)代工業(yè)的重要材料。通過La(鑭)和Co(鈷)的共同替代,不僅能夠提升鐵氧體的磁性能,還能提高其操作溫度,使其應(yīng)用范圍更廣泛,是目前唯一商用化的高性能鐵氧體材料,因此引起了廣泛的研究興趣。然而,由于M型鐵氧體復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu),對(duì)作為單軸磁各向異性增強(qiáng)核心的Co2+所占晶位的研究還沒有定論,磁各向異性機(jī)理存在爭(zhēng)議,這為下一代高性能鐵氧體磁體的材料設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)。
 
  中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所磁性材料應(yīng)用技術(shù)研究中心永磁材料及應(yīng)用技術(shù)團(tuán)隊(duì)針對(duì)這些問題展開了系統(tǒng)研究,利用中子粉末衍射和拉曼光譜分析技術(shù),研究了La-Co共替代M型六角鐵氧體單晶和多晶樣品中Co離子的占位分布。結(jié)果顯示,大多數(shù)Co離子傾向于占據(jù)自旋向下的四面體4f1晶位,這增強(qiáng)了材料的凈磁矩和單軸磁各向異性。在單晶樣品中,Co離子主要占據(jù)八面體12k和2a晶位,而多晶樣品則主要占據(jù)雙錐形2b晶位。結(jié)合對(duì)前人長(zhǎng)達(dá)20余年的相關(guān)研究的結(jié)果分析,團(tuán)隊(duì)提出精準(zhǔn)調(diào)控Co離子的占位,尤其是最大化4f1晶格的占位,對(duì)于增強(qiáng)M型六角鐵氧體的磁性能至關(guān)重要,如圖1。
 
  這些研究成果不僅為理解M型鐵氧體磁性能的提升機(jī)制提供了新的視角,還為開發(fā)高性能永磁材料奠定了理論基礎(chǔ)。近期該工作分別以“Occupation distribution analysis of Co in La-Co substituted M-type hexaferrite and its significant effect on magnetic properties”為題的研究論文發(fā)表學(xué)術(shù)期刊J. Alloy. Compod. (2024,1003:175659,DOI:10.1016/j.jallcom.2024.175659),并以《高性能La-Co共替代M型永磁鐵氧體的磁各向異性增強(qiáng)機(jī)理研究進(jìn)展》為題的綜述論文發(fā)表在中文期刊《物理學(xué)報(bào)》(2024,73(12):126101,DOI:10.7498/aps.73.20240190)上。
 
  以上工作得到了寧波市頂尖人才科技項(xiàng)目等的資助。
 
  圖1 鐵氧體晶體結(jié)構(gòu)中Co占位的示意圖(中),以及由中子衍射數(shù)據(jù)觀測(cè)到的Co引起四面體4f1晶位局部形變的磁晶各向異性起源:(a)在多晶粉末中,(b)在單晶中

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