在国家自然科学基金（项目批准号51471144, 51371074和51471145）等的资助下，我校亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室张湘义研究团队在纳米复合永磁材料研究领域取得重要进展。他们采用纳米化途径，使用较少的稀土金属，制备出磁能积（衡量永磁材料性能的关键指标）超过相应的纯稀土永磁材料的块体纳米复合材料，有关研究成果以“NovelBimorphological Anisotropic Bulk Nanocomposite Materials with High EnergyProducts（具有高磁能积的新奇双形态各向异性块体纳米复合材料）”为题在Advanced Materials杂志上发表。论文链接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201606430/full。论文发表后，Advanced Science News网站以“Stronger Magnets withSmaller Amounts of Rare Earth Metals”为标题并配图介绍了该项工作，国家自然科学基金委网站也以“我国学者在纳米复合永磁材料研究领域取得重要进展”为标题对这项工作进行了报道。温斌教授团队完成了该项研究的理论计算工作。理学院李晓红教授为该论文的第一作者。
从笔记本电脑到高效洗衣机，从电动汽车到风力发电，永磁材料无处不在，它们的发展对人类生活方式的改变和社会进步正在产生空前的影响。然而，现有的强磁体都是稀土永磁材料，昂贵、有限的稀土资源严重制约了这类材料的广泛应用，使它们难以满足日益增长的社会需求。二十多年前，科学家提出纳米复合的思想来制备比现有稀土永磁材料更强同时价格廉价的纳米复合永磁材料。这类材料由软磁和硬磁纳米晶组成，具有潜在高的磁能积并少用稀土。但是，迄今为止，人们一直没有获得这种又强、又廉价的复合磁体。主要的挑战是需要在纳米尺度上对软相的尺寸（等于或小于10 纳米）、分布和含量以及硬相的晶体取向进行同时控制，其艰难程度被认为是一个“工程噩梦”。因此，大多数人声称，通过纳米化来发展超强永磁体是一件“异想天开的事”和“令人敬畏的挑战”。
最近，我校张湘义研究团队提出了一种新颖的变形策略，从而巧妙地解决了这个困扰世界各国研究人员二十多年的“工程噩梦”，制备出各向异性块体SmCo/FeCo纳米复合永磁材料。该材料的磁能积（28 MGOe）为当前报道的含高软相分数块体纳米复合磁体的最高值，并超过了相应的纯单相稀土永磁材料（磁能积提高了58%）（如图所示）。另外，所制备的纳米复合材料的磁能积可以与当前商业SmCo5和Sm2Co17磁体相比，但是，少用稀土钐（Sm）20−39 wt.%。这优异的性能源于他们实现了对软、硬磁相多个结构参数的同时控制。他们先采用机械合金化技术将软相均匀分布在Sm−Co非晶基体上来控制软相的尺寸、含量和分布；然后，采用高压热梯度压缩变形，利用晶体的应变能各向异性，使硬相在非晶基体中垂直取向生长，以获得沿易磁化轴对中的柱状硬磁纳米晶体，从而实现了对软相和硬相结构的同时控制。
另外，张湘义团队还发现通过改变变形温度可以对硬磁纳米晶的尺寸（小于10 纳米）和形态（球形、柱状和盘状）进行调控; 他们通过控制合金熔体结构，制备出三维类壳/核软、硬异质纳米结构，其磁能积为当前各向同性永磁材料的最高值。有关研究结果分别发表在2017年和2016年的Nano Letters 杂志上。论文链接分别是：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.7b00264和http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b02210。李晓红教授分别为论文的第一作者和共同通信作者。
这些研究成果为探索低稀土超强永磁材料提供了新的策略和方向。所建立的技术不仅适用于其它永磁材料体系，而且可用于其它功能材料如热电和多铁材料的纳米化，实现块体纳米结构的可控制备。所提出的制备策略将激励人们探索复杂异质纳米结构的可控生长和空前的性能。
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| 块体SmCo/Fe(Co)纳米复合磁体以及纯SmCo稀土磁体的磁能积比较 |
