在稀土永磁材料領域，利用磁性相在納米或亞微米等微觀尺度下的耦合機制研究開(kāi)發(fā)宏觀磁均一的磁性材料工藝已經(jīng)較爲成(chéng)熟，然而目前對(duì)于更大尺度範圍内磁耦合現象的研究，尤其是利用這(zhè)種(zhǒng)長(cháng)程耦合機制來設計和開(kāi)發(fā)新型高性能(néng)永磁材料的報道(dào)較少。近日，中科院甯波材料所稀土磁性功能(néng)材料實驗室永磁研究組，通過(guò)結構設計調控磁性相間長(cháng)程磁耦合作用從而實現微觀到宏觀尺度“軟”和“硬”相複合，制備出了具有複合結構的新型高性能(néng)永磁材料，并很好(hǎo)地诠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(xué)問題。

　　針對(duì)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與Nd-Fe-B粉末的有效耦合，成(chéng)功制備出宏觀磁性能(néng)優異的高La、Ce熱變形磁體：當30wt.%混合稀土取代基礎上磁體最大磁能(néng)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(néng)積達39.1 MGOe，矯頑力達1.20T（Journal of Magnetism and Magnetic Materials 449 （2018） 313-318）。

　　繼該工作之後(hòu)，研究人員利用（NdPr）-Cu和Dy-Cu共熔合金擴散技術分别制備具有宏觀“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(néng)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(miàn)表現出特有的梯度結構，梯度範圍介于2-6mm。然而磁體整體磁性能(néng)并未因宏觀“核-殼”結構的産生而出現明顯的失耦現象，相反磁行爲表現出良好(hǎo)的一緻性，這(zhè)從毫米尺度證明了磁體存在的強長(cháng)程磁耦合作用，如圖1（A）和圖1（B）所示。

　　爲進(jìn)一步驗證和利用這(zhè)種(zhǒng)長(cháng)程耦合作用，研究人員又選取了内禀磁性差異顯著的兩(liǎng)種(zhǒng)磁性相，借助宏觀層狀結構設計來分析實現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(liǎng)相的最佳耦合距離，制備出性能(néng)優異的熱變形Nd-Fe-B磁體，如圖1（C）和圖1（D）（Applied Physics Letters 111 （2017） 182407）。

　　通過(guò)多尺度條件下的磁性能(néng)和結構表征，揭示了長(cháng)程靜磁耦合作用可突破納米尺度限制，在微米或毫米範圍内都(dōu)能(néng)實現很好(hǎo)的耦合作用。這(zhè)種(zhǒng)磁學(xué)特點爲設計和制備新型高性能(néng)熱變形Nd-Fe-B材料提供了新的思路。相關研究成(chéng)果相繼發(fā)表在Applied Physics Letters、Scientific Reports、Journal of Alloys and Compounds和Journal of Magnetism and Magnetic Materials上，并申請國(guó)家發(fā)明專利兩(liǎng)項（201710163692.5，201610212535.4）。該工作受到國(guó)家重點研發(fā)計劃和國(guó)家自然基金等項目的支持。

　　圖1 Dy-Cu擴散制備的宏觀“核-殼”熱變形Nd-Fe-B磁體磁性能(néng)（A）及其近表面(miàn)和中心區域微結構（B）；宏觀層狀結構設計熱變形磁體的複合多層示意圖及退磁曲線（C）；以及具有耦合作用的複合結構中低矯頑力層（a,b,c,d）、低矯頑力磁體（e,f,g,h）和高矯頑力磁體（i,j,k,l）在反磁化過(guò)程中的疇結構演變（D），顯示複合多層結構中由于高矯頑力層的磁耦合使低矯頑力層産生較強的“釘紮作用”獲得了較強的抗退磁能(néng)力

　　（稀土實驗室 王澤軒）