在电力电子、5G/6G通信、AI服务器及新能源汽车等领域迅猛发展的今天，电子元器件正朝着高频化、大功率、小型化和低能耗方向持续演进。作为这些元器件的核心功能材料之一，软磁材料承担着能量转换与信号传输的关键角色。然而，传统软磁材料各有短板：硅钢在高频下损耗急剧攀升，铁氧体虽高频损耗低，但饱和磁感应强度不足，难以支撑大功率和小型化需求。如何让一种材料同时具备高饱和磁化强度、高频稳定的磁导率和低损耗，成为该领域长期追求的目标。
非晶基软磁复合材料因兼具非晶合金的高电阻率和磁性组元的优异磁响应，被视为破解这一难题的希望所在。但长期以来，其性能提升受制于三重矛盾：其一，传统雾化微米级非晶粉末受限于非晶形成能力与铁含量的相互制约，饱和磁化强度难以突破；而微米尺寸又容易引发较强涡流，增大损耗。其二，为了抑制颗粒间的涡流并稳定磁导率，通常需要包覆非磁性绝缘层，但这会稀释磁性相，导致饱和磁化强度下降。其三，传统制备流程涉及粉末制备、绝缘包覆、高压成型和高温退火等多步工序，各环节相互牵制，极易引起绝缘层破坏、内应力集中或非晶基体晶化等问题，使得性能调控如同“走钢丝”。
聚焦上述挑战，中国科学院东莞材料科学与技术研究所/松山湖材料实验室柯海波研究员、汪卫华研究员团队开展了一系列创新探索，并取得阶段性突破。
此前，该团队已取得两项重要进展： (1) 通过引入纳米级Fe₄N相，将饱和磁感应强度提升至约226 emu/g，突破了常规依赖α-Fe相析出提升的理论极限，显著优于主流铁基非晶/纳米晶和铁硅系粉末（图1）（JMST 2026, 248: 119-125, 10.1016/j.jmst.2025.05.045）；(2) 提出表面纳米工程的表面包覆改性思路，实现了磁导率与损耗的协同优化，为解决二者的权衡困境提供了新路径（图2）（JMST 2025, 211: 82-88, 10.1016/j.jmst.2024.04.081）。
图1 引入纳米级Fe4N相实现超高饱和磁感应强度
图2 表面纳米工程实现磁导率与损耗协同优化
在此基础上，团队近日在《Journal of Materials Science & Technology》发表最新研究成果，提出“原位纳米磁性氧化物界面工程+超低压力成型”一体化制备策略。这一新策略巧妙地将通常被视为不利因素的粉末表面氧化“缺陷”转化为优势——通过可控原位氧化，在纳米非晶粉末表面自发形成厚度仅约2纳米的超薄磁性氧化物壳层。该壳层既能有效阻隔颗粒间的涡流通道，又因其磁性本质而不会产生显著的磁稀释效应，从而从界面层面化解了绝缘与磁性能相互制约的核心矛盾。
制备工艺也大为简化。团队采用化学还原法制备出粒径细小的nano-FeB非晶粉末，由于粉末极细且界面丰富，仅需100 MPa的超低成型压力即可获得致密块体，无需传统工艺中数GPa的高压和后续高温退火去应力处理，将原本繁复的四步流程缩短为简单的两步（图3与图4），大幅降低了制备能耗和时间成本。
图3 nano-FeB非晶粉末与软磁复合材料的制备流程与微观结构
图4 nano-FeB非晶粉末的XPS结果
性能测试结果令人振奋（图5）：nano-FeB粉末的饱和磁感应强度高达约172 emu/g，远超常规雾化铁基非晶粉末体系。其软磁复合材料在高达~85 MHz的频率范围内仍能保持磁导率稳定，品质因数（反映材料综合性能的核心指标）达到约105（对应峰值频率约80 MHz），优于绝大多数已报道的微米粉末基软磁复合材料。在100 kHz下的损耗也优于传统体系。更值得一提的是，该材料的抗压强度较传统FeSiBCCr软磁复合材料（经树脂包覆、2 GPa压制和退火）提升了约2倍，器件服役可靠性大幅增强。
图5 (a-d) nano-FeB非晶粉末与软磁复合材料的性能与制备参数统计对比；(e) 力学性能对比
这些优异性能的物理机制在于超细粒径与大量界面的协同效应（图6）。纳米颗粒之间密布的空隙可形成强退磁场，有效抑制高频下磁导率的快速衰减；而金属内核与表层磁性氧化物的界面处会生成定向内建电场，限制电子沿垂直界面方向传导，从而显著削弱高频涡流损耗。两者共同作用，使材料在高频下做到既稳定又低损。
该研究为开发小型化、高频、低损耗的新型软磁器件提供了全新设计思路，在高速开关电源、射频电感、车载功率磁元件及AI服务器供电模块等前沿应用场景中具有广阔前景。
图6 nano-FeB非晶粉末与软磁复合材料性能优化的机制起源
相关成果以“Nanoscale magnetic oxide interface enables high-magnetization and high-frequency amorphous soft magnetic composites”为题发表于《Journal of Materials Science & Technology》。白荣晟、邵里良、左定荣为共同第一作者，柯海波研究员为通讯作者，汪卫华研究员对该工作给出了悉心指导。研究工作由中国科学院东莞材料科学与技术研究所、松山湖材料实验室等单位合作完成，并获得广东省重点研发计划、国家自然科学基金、广东省量子科学战略专项等多项科研项目资助。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2026.07.067
来源：非晶材料研究部
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