近日，中科院寧波材料所稀土磁性功能材料實驗室永磁研究組，通過結構設計調控磁性相間長程磁耦合作用從而實現(xiàn)微觀到宏觀尺度“軟”和“硬”相復合，制備出了具有復合結構的新型高性能永磁材料，并很好地詮釋了稀土永磁材料體系中用短程交換耦合難以解釋的諸多磁學問題。
針對熱變形Nd-Fe-B磁體原始粉末顆粒大晶粒尺寸小的特點，研究組首先利用富含La、Ce等高豐度稀土的永磁粉末在幾微米到幾十微米間實現(xiàn)與Nd-Fe-B粉末的有效耦合，成功制備出宏觀磁性能優(yōu)異的高La、Ce熱變形磁體：當30wt.%混合稀土取代基礎上磁體最大磁能積達43.5 MGOe，矯頑力達1.07T（Journal of Alloys and Compounds 710（2017）66-71）；當20wt.%Ce取代時，最大磁能積達39.1 MGOe，矯頑力達1.20T（Journal of Magnetism and Magnetic Materials 449 （2018） 313-318）。
繼該工作之后，研究人員利用（NdPr）-Cu和Dy-Cu共熔合金擴散技術分別制備具有宏觀“核-殼”結構的無重稀土高矯頑力（μ0Hc=2.73T，Applied Physics Letters 107 （2015） 202403）熱變形Nd-Fe-B磁體和高磁能積（=53MGOe，Scientific Reports 6 （2016） 38335，Journal of Alloys and Compounds 724 （2017） 275-279）熱變形Nd-Fe-B磁體。該結構在元素分布和晶粒尺寸等方面表現(xiàn)出特有的梯度結構，梯度范圍介于2-6mm。然而磁體整體磁性能并未因宏觀“核-殼”結構的產生而出現(xiàn)明顯的失耦現(xiàn)象，相反磁行為表現(xiàn)出良好的一致性，這從毫米尺度證明了磁體存在的強長程磁耦合作用，如圖A、B。
為進一步驗證和利用這種長程耦合作用，研究人員又選取了內稟磁性差異顯著的兩種磁性相，借助宏觀層狀結構設計來分析實現(xiàn)磁性相間的多尺度耦合，并在實驗基礎上，找到了亞毫米量級上兩相的最佳耦合距離，制備出性能優(yōu)異的熱變形Nd-Fe-B磁體，如圖C、D。
通過多尺度條件下的磁性能和結構表征，揭示了長程靜磁耦合作用可突破納米尺度限制，在微米或毫米范圍內都能實現(xiàn)很好的耦合作用。這種磁學特點為設計和制備新型高性能熱變形Nd-Fe-B材料提供了新的思路。該工作受到國家重點研發(fā)計劃和國家自然基金等項目的支持。
