Учёные создали железный магнитный материал с рекордно низкими потерями

Международная группа исследователей разработала новую методику управления наноструктурой и магнитными доменами в железных аморфных лентах. Это позволило более чем вдвое снизить потери в сердечнике по сравнению с исходным материалом.

Схематическое изображение наноструктуры и магнитной доменной структуры обычной аморфной мягкой магнитной ленты (слева) и новой разработки (справа). Центральный график демонстрирует, что такой контроль структур снижает потери в сердечнике более чем на 50%. Авторы: Хоссейн Сепехри-Амин, Национальный институт материаловедения; Тадакацу Оокубо, Национальный институт материаловедения; Сатоси Окамото, Университет Тохоку; Такеши Огасавара, Национальный институт передовых промышленных наук и технологий.

Разработанный материал демонстрирует особенно высокие характеристики в высокочастотном диапазоне до нескольких десятков килогерц, который необходим для трансформаторов нового поколения и силовых цепей электромобилей. Этот прорыв, как ожидается, внесёт вклад в развитие этих технологий, создание более энергоэффективных электрических машин и прогресс в достижении углеродной нейтральности.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

На фоне стремительного роста энергопотребления дата-центров, ориентированных на ИИ, и электромобилей, эффективное использование энергии стало критически важной задачей. В силовой электронике, технологии, преобразующей и поставляющей электричество, ключом к повышению эффективности является производительность мягких магнитных материалов, используемых в трансформаторах, индукторах и других компонентах.

Мягкие магнитные материалы — это металлические материалы, которые быстро реагируют на внешние магнитные поля, и эта быстрая реакция должна сопровождаться минимальными потерями энергии. Однако по мере того, как силовая электроника работает на всё более высоких частотах, потери энергии в этих материалах растут, создавая серьёзную проблему для эффективности.

Ключевые результаты

Совместная исследовательская группа разработала новую методику точного управления наноструктурами и магнитными доменными структурами внутри железных мягких аморфных лент. Используя эту технику, им удалось добиться снижения потерь в сердечнике более чем на 50% по сравнению с исходными аморфными лентами, особенно в высокочастотном диапазоне.

Перспективы

Исследовательская группа планирует изготовить прототипы устройств, таких как трансформаторы, с использованием нового материала и протестировать его интеграцию в реальные схемы преобразования энергии.

Больше информации: Ravi Gautam et al, Ultra-low core loss in Fe-enriched soft magnetic ribbons enabled by nanostructure and high-frequency domain engineering, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-63139-1

Источник: National Institute for Materials Science