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基金委、工程院:战略视野下的稀土之光:未来十年磁性材料科研攻关路线——从万米深海到无垠深空,中国稀土科技正迎来历史性突破

发布日期:2025年11月07日    浏览次数:19

本文将深入解读报告中关于稀土磁性材料的核心内容,为您梳理出未来十年极具潜力的科研方向与具体研究内容。

方向一:攻克极端环境下的磁功能失效机制

战略依据:

注重未来稀土新材料形态和功能的多样化;在高低温、辐射、冲击等环境下开展稀土磁性材料的磁功能失效机制和永磁材料反磁化机制的研究。

科研解读与建议:

未来装备正朝着上天、入地、下海的极限迈进,理解并掌控材料在极端条件下的性能边界是安全服役的生命线

研究内容:

1.多场耦合失效机理: 建立--辐照-磁场多物理场耦合的实验与模拟方法,揭示稀土永磁体在极端工况下的反磁化 nucleation(成核)与 growth(生长)微观机制。

2.极端环境原位表征技术: 开发能在高低温、强辐射环境中进行原位磁畴观测微观结构分析的先进表征技术,直接捕捉磁功能失效的动态过程。

3.面向星际旅行的抗辐照材料设计: 针对宇宙射线和粒子辐照,研究晶界掺杂、晶界扩散等微观结构调控手段,提升钕铁硼、钐钴等永磁体的抗辐照能力和磁性能稳定性。

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方向二:设计新概念稀土材料与异构复合体系

战略依据:

研究稀土功能超材料、非均匀稀土永磁材料、3D打印复合永磁材料、磁与软磁复合材料等新概念材料。

      科研解读与建议:

新概念意味着颠覆传统、创造未知。这是从跟踪仿制走向原始创新的关键一步。

研究内容:

1.稀土磁性超材料: 设计具有负磁导率、电磁波完美吸收等奇异特性的超构材料,用于下一代通信、隐身技术的微型化磁基元。

2.非均匀/梯度永磁材料: 探索通过增材制造(3D打印)、磁场取向烧结等技术,制备磁性能在空间呈梯度或图案化分布的材料,实现磁场形态的定制化,满足特定电机需求。

3.全稀土基复合磁体: 研发稀土永磁粉体与软磁材料(如非晶、纳米晶) 的复合技术,利用软硬磁相交换耦合效应,在降低成本的同时,实现高韧性和特定退磁曲线。

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方向三:赋能国之重器的材料服役与安全控制

战略依据与工程目标:

电动汽车及驱动电机、医用康复机器人用关键稀土功能材料服役评价与安全控制技术。

时速超过700km的海底隧道交通工程用新一代稀土永磁材料。

科研解读与建议:

科研的最终价值在于应用。将前沿研究与国家重大工程需求紧密结合,能让我们的工作产生最大化的影响力。

研究内容:

1./机用磁体服役安全图谱: 针对电动汽车驱动电机高频、高功率密度带来的涡流损耗、温升与退磁风险,建立包含振动、湿热、电化学腐蚀的多因素耦合服役寿命预测模型与在线监测技术。

2.医用机器人磁体生物相容性与精密控制: 开发具有生物相容性涂层的微型化、高稳定性稀土磁体,研究其在人体复杂电磁环境及精密伺服控制下的磁矩稳定性与可靠性

3.深海隧道磁浮材料耐压与耐蚀技术: 研究在高水压、高盐雾腐蚀环境下,磁浮导向用永磁材料的长期磁性能衰减规律,开发新型防护涂层与耐蚀合金体系。

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方向四:革新制备加工与性能调控技术

战略依据与工程目标:

基于多外场跨尺度模拟的新一代稀土永磁材料制备加工与组织性能调控技术。

研发时速1000km的真空管道磁悬浮及其使用的永磁材料。

  科研解读与建议:

一代材料,一代工艺。实现尖端应用的突破,往往依赖于制备加工技术的底层革新。

研究内容:

1.多外场跨尺度模拟平台: 构建从原子尺度(合金化)到介观尺度(晶粒生长、织构形成) 的跨尺度计算模型,模拟在热场、磁场、应力场等多外场作用下,材料的组织演化与最终性能关联。

2.近终成型短流程制备技术: 开发薄带连铸、氢碎、各向异性粘结等短流程、低能耗制备技术,以及适用于真空管道超高速磁浮大尺寸、高性能、低成本磁体制备工艺。

3.磁体性能精准调控: 利用模拟结果指导实验,通过晶界扩散Dy/Tb等重稀土元素,实现对磁体矫顽力的精准提升,同时最大限度地减少剩磁的损失,满足超高速磁浮对磁体综合性能的极致要求。

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总结与展望

《中国工程科技2035发展战略:化工、冶金与材料领域报告》清晰地描绘了稀土磁性材料从基础研究到工程应用的宏伟路径。未来十年的科研工作,应紧紧围绕以下几个核心思路展开:

从均质到异构: 未来的材料设计不再是追求整体均匀,而是主动构建非均匀、梯度化、多相复合的微观结构。

从宏观到多尺度: 必须打通从量子计算-原子模拟-相场模拟-有限元分析的全链条,实现材料设计与性能预测的一盘棋

从实验室到极端环境: 研究的价值将在深海、真空、星际等极限工况下得到最终检验,服役安全与控制是重中之重。

       未来已来。这份战略报告为我们点亮了前行的灯塔。现在,正是我们扬帆起航,将中国的稀土资源优势,转化为未来核心科技竞争力的黄金时代!