Föreställ dig små magneter som driver vår värld, som tyst slår på och av energi i telefoner, bilar och till och med elnät. Dessa obesjungna hjältar kallas mjuka magnetiska material. Men eftersom enheter blir snabbare och effektivare, kämpar traditionella material för att hantera de höga frekvenser som moderna enheter behöver. Ange ASMCs, de nya barnen på blocket.
Dessa är amorfa mjuka magnetiska kompositer (ASMC) med viss dold potential. De är som metallpulver inslagna i en speciell beläggning packad med små luftspalter och gränssnitt. Detta ger dem superkrafter som låg effektförlust och flexibla konstruktioner, vilket gör dem supereffektiva på att hantera höga frekvenser.
Men det finns en hake - deras magnetiseringar är inte lika höga som traditionella material. Så, forskare är på ett uppdrag att hitta den perfekta balansen mellan magnetisk styrka och mjukhet. Det är ett pussel värt att lösa för framtiden för våra prylar.
Även om ASMC:er är snabba, är de inte särskilt starka magnetiskt. Det är som att ha en racerbil med en svag motor – snabb men inte tillräckligt kraftfull.
För att ta itu med den här frågan använder en grupp kinesiska forskare från Songshan Lake Materials Laboratory ett coolt trick som kallas för "kritiskt tillstånd". Föreställ dig att applicera ett roterande magnetfält på dessa material, som en krukmakare som formar lera. Detta hjälper dem att kristallisera lite och skapar små, supereffektiva magnetiska områden inom dem.
Resultatet är ett material som är både magnetiskt, starkt och effektivt. Denna ASMC i "kritiskt tillstånd" har funktioner som:
Denna upptäckt är bara början. Forskare arbetar på ytterligare förbättringar med hjälp av olika beläggningar och formningstekniker för ASMC, samt utforskar nya material helt och hållet.
Professor Haibo Ke sa:"En sådan strategi för att konstruera en amorf legering i kritiskt tillstånd kan tillåta oss att utveckla nya ASMC:er och främja utvecklingen av modern elektronik, särskilt inom högfrekventa fält. I framtiden, å ena sidan, synergism av hög permeabilitet, låg kärnförlust, hög magnetisering och hög appliceringsfrekvens kan uppnås genom processoptimering, som att använda nya beläggningsskikt (magnetiska och isolerade) och nya tekniker vid packning."
"Å andra sidan, att utveckla nya pulverkompositioner och modifiera den inneboende mikrostrukturen, såsom ordermoduleringsstrategin och nanokompositteknik, gör det möjligt för oss att bryta avvägningen mellan "magnetisk styrka" (mättnadsmagnetisering) och "magnetisk plasticitet" (koercivitet) /kärnförlust)."
"Det är säkert möjligt att utveckla högpresterande ASMC:er och helt mjuka magnetiska material, och forskarvärlden har redan lanserat några aktiviteter som kommer att främja transformationen av kraftelektronikfälten, särskilt tredje generationens halvledarrelaterade enheter."
Dessa framsteg kommer att bana väg för effektivare elektronik i allt från telefoner till elnät, vilket i slutändan driver en högfrekvent framtid.
Resultaten publiceras i tidskriften Materials Futures .
Mer information: Liliang Shao et al, Kritisk tillståndsinducerad uppkomst av överlägsna magnetiska prestanda i en järnbaserad amorf mjuk magnetisk komposit, Materials Futures (2024). DOI:10.1088/2752-5724/ad2ae8
Tillhandahålls av Songshan Lake Materials Laboratory
