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弱磁探测优势驱动非晶合金丝材向未来

2022-09-28 07:51:00

  本报实习记者 赵萍
  “磁导率是影响磁传感器性能的关键参数,在各类磁性材料性能的对比中,Co基非晶丝材磁导率最高,非常适合探测弱磁。”在9月23日召开的第二届全国非晶合金丝材暨非晶微传感器技术与应用研讨会上,中科院宁波材料所研究员黎嘉威介绍道。
  这种弱磁探测性能预示着非晶合金丝材在弱磁场方面的应用优势。其实,人体中就存在着弱磁场。在会上,南京大学教授、中科院院士都有为描述了这样一个场景:在未来,当一个人生病了,不需要医生用X光等大型精密医疗设备去检查生病的部位,而是仅用很灵敏的传感器对人体磁场进行测量,再通过与正常状态下的磁场比较,从而发现人体生病的部位……如今,作为磁敏感材料的非晶合金丝材在微磁传感器应用上已经显现出低成本、小体积、低功耗和快速响应的综合优势,也在无人机、机器人、手机等智能化设备上得到普遍应用,在人机交互、健康医疗、军事领域也显示出广阔的应用前景。可以预见,都有为描述的场景将在不远的未来出现。
  当然,传感器的应用受到能源限制,需要解决自供电探测问题。针对这个问题,中科院宁波材料所研究员刘宜伟认为,利用非晶合金丝材作为磁芯的液态金属线圈具有磁放大的作用,其电磁感应效应可以实现传感器的自供电。
  “非晶材料以其独特的电磁学性能、抗腐蚀性能和强韧一体化的力学性能,在许多领域得到应用。”中科院宁波材料所主任、中国工程院院士、中国新材料产业技术创新平台理事长薛群基也非常认可非晶合金丝材作为磁敏感材料在微磁传感器中的应用优势。
  然而,国内目前缺乏高质量的非晶合金裸丝。尽管国内非晶合金丝材的研制起步较早,但长期没有实现突破,制成的磁传感器的灵敏度、精度和成品率也与国外产品存在一定差距。同时,目前非晶合金丝材的量产也遇到了技术瓶颈。中国电器工业协会非晶合金材料应用分会秘书长张华介绍,国内目前主要通过研究文献资料来研发生产设备,生产技术相对落后,在稳定性、一致性、连续性等方面存在制造难点,主要生产技术被国外垄断,国内市场一半以上的产品依赖进口,生产高质量的非晶合金丝材已成为“卡脖子”难题。
  目前,国内外非晶合金丝材的通用制备方法包括内圆水纺法、玻璃包覆法、熔体抽拉法。国外目前已有比较成熟的制备高质量非晶合金丝材的技术,如日本爱知钢铁公司采用独特的旋转液体纺丝和单辊工艺生产磁性丝和高强度丝两种非晶合金丝材,已应用在要求高灵敏度的磁传感器元件、静电消除刷、运动器材上;以色列的ACS(Advanced Combat Systems)等公司则专门制作玻璃包覆非晶合金丝材,也在传感器、防伪等领域中得到应用。
  对比国内外发展情况,张华指出了国内非晶合金丝材发展的问题症结。一是需求不足、重视不够,缺少牵头机构。目前,一个传感器需要的非晶合金丝材仅几毫米,甚至不足1毫米,国内年需求量在万米左右,再加上部分下游行业没有意识到磁传感器的重要性,认为非晶合金丝材产业规模小,对其缺少足够的重视。这也反映出了非晶合金丝材应用的广度和深度都有待拓展。二是下游产业技术工艺尚未有突破性进展,仍处于跟随、模仿阶段,且存在多重短板。这也影响了厂家对非晶合金丝材的研制动力。三是跨学科协作尚未形成。非晶合金丝材领域的研究人员较少,主要以科研单位和高校为主,企业参与的不多。
  对此,针对国内非晶合金丝材发展现状和特点,张华建议从以下4个方面发力。首先,加大技术协作、协同力度,可先围绕几个重点目标进行技术积累,实现长久研发。其次,分解“卡脖子”技术难点,加大技术攻关力度,尤其须增强企业与高校、科研单位间的学术交流与合作,紧跟前沿,协同发展。再次,定期开展技术交流与研讨,包括开展定期的创新交流或比赛、和国外先进技术企业进行定期合作与交流。最后,加快培育应用市场,推进非晶合金丝材创新发展,大力开发非晶合金丝材应用领域,尤其要促进其在水陆智能交通、无人驾驶、航天军工、无人机等领域焕发新活力。
  《中国冶金报》(2022年09月28日 03版三版)

 

来源:中国冶金报-中国钢铁新闻网

编辑:宋玉铮

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