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我院在《Nature Communications》发表论文:超声振动技术制备高性能电感磁粉芯

2024/12/02 15:00:00人浏览

5G通讯作为面向未来移动通讯需求的新一代通讯系统,预计在2030年将带动国内经济总产出超10万亿元。尤其值得关注的是,随着宽禁带半导体器件在电力、电子和电机等5G通讯产品中的广泛应用,小型化、高频低损耗和高电流工作条件对非晶磁粉芯部件的性能指标提出了更严格的要求。然而,非晶磁粉芯面临高孔隙率和内部大量应力残留等瓶颈问题,这些问题显著降低了其磁导率并增加了磁损耗。如何获得低孔隙率、低内应力的高性能非晶磁粉芯,实现其磁导率提升、磁损耗降低且直流偏置同步提升,已成为了行业内亟需的重大挑战。

基于以上挑战,我院马将教授团队与华南理工大学和松山湖材料实验室等研究团队合作在国际著名期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上发表题为“Local adaptive insulation in amorphous powder cores with low core loss and high DC bias via ultrasonic rheomolding”的研究论文。

研究人员设计出一种具有双凹透镜结构的自适应绝缘结构(图1),利用团队特色的超声振动加工技术,提升了非晶磁粉的磁化效率,同时协同其低内应力和低孔隙率的积极作用,获得优异的综合软磁性能,有效解决了非晶磁粉芯中高磁导率、低磁损耗、高直流偏置难以兼顾的行业共性难题。

图1 超声振动技术制备非晶磁粉芯的仿真模拟和工艺流程

在性能指标上(图2),相比于传统的核壳结构非晶磁粉芯,新制备的非晶磁粉芯磁导率提升了32-34%(1 MHz),相应的直流偏置性能从69.4-69.7%提高到87.4-87.8%(7960 A/m),同时磁损耗减少至1/20,从282.84~304.03 kW/m3降至13.73~15.45 kW/m3(100 mT,100 kHz)。

图2 URPC非晶磁粉芯的软磁性能及其与其他典型非晶磁粉芯的比较    

华南理工大学博士生李泓臻(我院2020届研究生)为该论文的第一作者,深圳大学马将教授、松山湖材料实验室孙保安研究员和华南理工大学杨超教授为论文的共同通讯作者。本研究得到了松山湖材料实验室汪卫华院士的指导与帮助,并获得了广东省基础与应用基础研究基金项目、国家自然科学基金等项目的支持。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-024-53592-9



撰写:吴萧雨

排版:陈仕发

一审一校:廖丽丽

二审二校:马将

三审三校:郑纯