都有為院士：《磁性材料的廣闊應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景》演講

9月25日，中國科學(xué)院院士、磁學(xué)與磁性材料專家、南京大學(xué)教授都有為在“2020中國新材料資本技術(shù)大會(huì)”上，發(fā)表了題為《磁性材料的廣闊應(yīng)用領(lǐng)域及發(fā)展前景》的演講。

“假如把每個(gè)國家每年生產(chǎn)、使用的磁性材料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，每個(gè)國家每人每年所使用的磁性材料都表征著這個(gè)國家的現(xiàn)代化程度，科學(xué)家用磁性材料的應(yīng)用來表示這個(gè)國家現(xiàn)代化的程度。”

都有為院士談到，磁性材料是一類重要的功能材料，在產(chǎn)業(yè)革命中起著重要的作用，從人類進(jìn)入電氣時(shí)代，到21世紀(jì)以智能化為主導(dǎo)的第四次產(chǎn)業(yè)革命，倘若沒有磁性材料，就無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。

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磁性材料種類多、用途廣

相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，2020年全球永磁與軟磁產(chǎn)值將達(dá)450億美元，年增長率約為8.9%?！叭缃?，我國已經(jīng)成為磁性材料生產(chǎn)大國，主要開展了采用雙合金工藝降低重稀土元素Dy、Tb，以豐度高、價(jià)廉的稀土元素取代Nd等?！倍加袨樵菏拷榻B道。

“依據(jù)磁特性，磁性材料可以分為以磁滯回線為主要特性表征的磁性材料和以交叉效應(yīng)為基礎(chǔ)的磁性材料兩大類，磁性材料的發(fā)展和用途日益強(qiáng)大，而材料、結(jié)構(gòu)與器件的完美結(jié)合成為新材料的特色?！?/p>

縱觀磁性材料的發(fā)展史，可以從鐵磁、亞鐵磁到3d-4f低維FM/AFM耦合交叉等磁性材料中發(fā)現(xiàn)奧秘。其中，以磁滯回線為主要特性表征的磁性材料包括永磁、軟磁、矩磁、磁記錄；而以交叉效應(yīng)為基礎(chǔ)的磁性材料包括磁致收縮材料、磁光材料、旋磁材料等。

在演講中，都有為院士詳細(xì)地介紹了稀土永磁、聚合物磁性復(fù)合材料、高溫磁制冷材料、磁動(dòng)態(tài)隨機(jī)儲(chǔ)存器等內(nèi)容。

02

磁性材料前景廣闊、潛能無限

在技術(shù)的推動(dòng)下，磁性材料的更新?lián)Q代速度越來越快，性能也逐步提高。例如，將FB9H用作起動(dòng)電動(dòng)機(jī)，在-40℃及同樣抗退磁條件下，磁體厚度可比FB9H減少19%，面積減少7%，體積縮小25%，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)小型、輕型化。

近10年來，世界風(fēng)力發(fā)電量每3年增加近1倍，其中2009年為159213MW，2020年預(yù)計(jì)達(dá)到1900GW，而3MW的風(fēng)力發(fā)電機(jī)需要1.5t的稀土永磁，可見市場對稀土永磁的需求廣泛。

此外，聚合物磁性復(fù)合材料在外電、磁、光、熱、化學(xué)等作用下可以變形，在醫(yī)學(xué)器件、機(jī)器人、遙控、航空航天等領(lǐng)域前景無限。

而高溫磁制冷材料，從相變的角度大致可分為：利用一級相變的磁性材料和利用二級相變的磁性材料。以Gd、RAl、非晶材料等二級相變磁性材料為例，其相變?yōu)殍F磁到順磁，過程可逆，但磁熵變較低。

據(jù)悉，以往的微電子技術(shù)僅僅利用電子具有電荷這一個(gè)自由度，從而奠定信息社會(huì)的基礎(chǔ)?！叭缃?，半導(dǎo)體自旋電子學(xué)將同時(shí)利用電子具有電荷和自旋這兩個(gè)自由度，必將推動(dòng)電子學(xué)、光子學(xué)和磁學(xué)三者完美融合?！倍加袨樵菏吭谘葜v中表示。

都有為院士認(rèn)為，倘若能實(shí)現(xiàn)這一設(shè)想，邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)、通信三個(gè)功能將集成在單個(gè)芯片上，從而形成功能強(qiáng)大、超高速、低功耗、抗輻射的全新芯片。

他還表示，半導(dǎo)體自旋電子技術(shù)很可能引起信息技術(shù)革命性變革，成為引領(lǐng)未來的新一代微電子技術(shù)，創(chuàng)造新的信息時(shí)代。

據(jù)悉，20世紀(jì)80-90年代是磁性材料發(fā)展史上輝煌的一頁，（3d-4f）稀土永磁材料、非晶材料、納米晶磁性材料等的問世，開創(chuàng)了磁性材料新紀(jì)元。

“現(xiàn)在還需要擴(kuò)展磁性材料的應(yīng)用，精益求精提高材料性能，此外磁的交叉耦合效應(yīng)尤其是自旋電子學(xué)發(fā)展十分迅速，是多學(xué)科交叉的高科技戰(zhàn)略制高點(diǎn)，值得我們重視。”在演講的最后，都有為院士語重心長地談到。

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責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：都有為院士：沒有磁性材料就沒有現(xiàn)代化

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