近日公布的2020年度上海科学技术奖名单上，我校材料科学与工程学院陆伟教授牵头的“高性能铁基纳米晶软磁材料与器件的关键技术开发与应用”项目获得科技进步奖一等奖。“和我国其它急需的核心技术一样，高性能软磁材料与器件也一直被人卡住脖子，陆伟教授的这项成果，让我国这一领域一下子迎来春天，我心飞扬好作为。”业内专家坦言。
高性能铁基纳米晶软磁材料与磁芯器件
何谓高性能软磁材料？陆伟解释，是指具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低矫顽力和损耗小等优良特性的磁性材料。如果把磁性材料构筑的环境比作一个操场的话，跑道线就好比磁导率，软磁的“软”是指跑道线之间间隔大、线也细而平直，磁力线容易快速、顺畅地通过。我们的铁基磁性材料，磁性软，矫顽力小，损耗低，用于变压器、电感、滤波、传感等器件里，可以高效达成目标。
陆伟继续说，因为软磁构筑的跑道磁导率高，更利于磁力跑出好成绩，磁力线在磁场作用下，会沿着磁导率高，即我们构筑的宽松跑道走。这跟电流一样，走的是电阻小、障碍少的地方，我们研发的软磁材料磁阻小，导磁率大，磁力线会在软磁材料构成的跑圈中成为“博尔特”，高速划出一道又一道美丽的弧线。
长期以来，由于优异的软磁性能，铁基纳米晶软磁材料与器件广泛应用于社会公共安全和电力电子领域的中高频变压器、电磁兼容器件、电流互感器以及磁传感器等。鉴于我国高性能软磁材料与器件长期依赖进口，陆伟课题组在包括国家自然科学基金等项目支持下，从成分设计、微观结构调控、性能调控等科学机制研究入手，攻克了多项铁基软磁材料与器件的开发制备关键技术难题，开发出了一系列高性能铁基纳米晶软磁材料与器件，实现了高性能铁基纳米晶软磁材料与器件的批量生产与应用。
陆伟介绍，针对传统电感磁芯器件性能单一、生产效率低以及产品性能一致性差等关键问题，构建了多材质软磁材料耦合技术，首创了铁基纳米晶磁芯隧道炉气体保护热处理工艺技术，建立了利用吸热体来减小磁芯自身温度升高的热处理技术，解决了电感磁芯器件性能单一、工艺能耗高、产品性能一致性差，以及热处理过程中磁芯器件实际温度突然升高从而导致性能恶化等规模化生产关键技术难题，开发出一系列具有优良电磁特性的铁基复合软磁电感器件，实现了其规模化生产；针对国家公共安全重大需求，自主设计开发了铁基合金粉末超音速雾化装置，建立了指纹显现用铁基磁性复合粉末的掺杂调控策略，解决了高性能指纹显现铁基磁性粉末的规模化制备技术难题，开发出系列高性能、低成本、适应性广的铁基磁性复合粉末，实现了在全国范围内不同刑侦现场指纹痕迹显现的成功应用。
“我们的工作主要体现软磁材料在电子器件、刑侦器件等领域的应用。”陆伟介绍，像指纹提取，现在我们的产品便可实现全天候清晰、完整、快速提取。他又用跑道为喻，指纹提取好比跑鞋印在塑胶跑道上，我们的工作要求每一个脚印都清晰可辨、易于提取，这就要求我们在材料配比、合成工艺上狠下功夫。我们通过一系列创新，在铁基纳米软磁材料粉末的表面，包覆一层纳米厚度的涂层，从而在刑侦现场勘察上完全实现指纹提取的心愿所及、立等可取。
业内刑侦专家对这款产品赞不绝口：“这款铁基纳米软磁合金粉末，一刷立显，性能优异；且价格便宜，所到之处行迹立刻现形。我们在不同的刑侦现场，犯罪现场的指纹采集都能做到器到影出，随警心如所愿，破案率大幅提升，人民群众的满意度杠杠的。”
刑侦指纹显现用铁基纳米软磁材料与指纹显现实例
评审专家给出的评价是：项目建立了功能限域条件下铁基纳米晶软磁材料的掺杂调控策略，揭示了掺杂对铁基软磁材料磁性能的调控机制，开发了多种具有高初始磁导率、低损耗的铁基纳米晶软磁合金材料成分体系；提出了立式永磁体磁场热处理新技术，构建了多步保温磁场热处理工艺，解决了高性能铁基纳米晶软磁材料与磁芯器件的关键制备技术难点，实现了高初始磁导率、低损耗的铁基纳米晶软磁材料与磁芯器件的开发与应用。据了解，课题组研究成果还体现在获得发明专利20项、发表高水平论文40余篇等方面。（程国政）
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