獨(dú)特的弱磁探測優(yōu)勢 驅(qū)動非晶合金絲材奔向未來

 

　　“磁導(dǎo)率是影響磁傳感器性能的關(guān)鍵參數(shù)，在各類磁性材料性能的對比中，Co基非晶絲材磁導(dǎo)率最高，非常適合探測弱磁。”在9月23日召開的第二屆全國非晶合金絲材暨非晶微傳感器技術(shù)與應(yīng)用研討會上，中科院寧波材料所研究員黎嘉威介紹道。

　　這種弱磁探測性能也預(yù)示著非晶合金絲材在弱磁場方面的應(yīng)用優(yōu)勢。弱磁場最為典型的是我們自身就存在著弱磁場的人體。在會上，南京大學(xué)教授、中科院院士都有為描述了這樣一個場景：在未來，當(dāng)一個人生病了，不需要醫(yī)生用x光等大型精密醫(yī)療設(shè)備去檢查生病的部位，而是僅用很靈敏的傳感器對人體磁場進(jìn)行測量，再通過與正常狀態(tài)下的磁場比較來發(fā)現(xiàn)人體生病的部位……如今，作為磁敏感材料的非晶合金絲材在微磁傳感器應(yīng)用上已經(jīng)顯示出低成本、小體積、低功耗和快速響應(yīng)的綜合優(yōu)勢，也在無人機(jī)、機(jī)器人、手機(jī)等智能化設(shè)備上得到普遍應(yīng)用，在人機(jī)交互、健康醫(yī)療、軍事領(lǐng)域也顯示出廣闊的應(yīng)用前景?？梢灶A(yù)見，都有為描述的場景將在不遠(yuǎn)的未來出現(xiàn)。

　　當(dāng)然，傳感器的應(yīng)用受到能源限制，需要解決自供電探測問題。針對這個問題，中科院寧波材料所研究員劉宜偉認(rèn)為，利用非晶合金絲材作為磁芯的液態(tài)金屬線圈具有磁放大的作用，其電磁感應(yīng)效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)傳感器的自供電。

　　“非晶材料以其獨(dú)特的電磁學(xué)性能、抗腐蝕性能和強(qiáng)韌一體化的力學(xué)性能，在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。”中科院寧波材料所主任、中國工程院院士、中國新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新平臺理事長薛群基也非常認(rèn)可非晶合金絲材作為磁敏感材料在微磁傳感器中的應(yīng)用具有綜合優(yōu)勢。

　　然而，國內(nèi)目前缺乏高質(zhì)量的非晶合金裸絲。盡管國內(nèi)非晶合金絲材的研制起步較早，但長期沒有實(shí)現(xiàn)突破，制成的磁傳感器的靈敏度、精度和成品率與國外產(chǎn)品也存在一定差距。同時，非晶合金絲材的量產(chǎn)目前也遇到了技術(shù)瓶頸。中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金材料應(yīng)用分會秘書長張華介紹，國內(nèi)目前主要通過研究文獻(xiàn)資料來研發(fā)生產(chǎn)設(shè)備，生產(chǎn)技術(shù)相對落后，在穩(wěn)定性、一致性、連續(xù)性等方面存在制造難點(diǎn)，主要生產(chǎn)技術(shù)被國外壟斷，國內(nèi)市場一半以上的產(chǎn)品依賴進(jìn)口，生產(chǎn)高質(zhì)量的非晶合金絲材已成為“卡脖子”難題。

　　目前，國內(nèi)外非晶合金絲材的通用制備方法包括內(nèi)圓水紡法、玻璃包覆法、熔體抽拉法。國外目前已有比較成熟的制備高質(zhì)量非晶合金絲材的技術(shù)，如日本愛知鋼鐵公司采用獨(dú)特的旋轉(zhuǎn)液體紡絲和單輥工藝生產(chǎn)磁性絲和高強(qiáng)度絲兩種非晶合金絲材，已應(yīng)用在要求高靈敏度的磁傳感器元件、靜電消除刷、運(yùn)動器材上；以色列的ACS、UTT等公司則專門制作玻璃包覆非晶合金絲材，也在傳感器、防偽等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。

　　對比國內(nèi)外發(fā)展，張華指出了國內(nèi)非晶合金絲材發(fā)展的問題癥結(jié)。一是需求不足、重視不夠，缺少牽頭機(jī)構(gòu)。目前，一個傳感器需要的非晶合金絲材不足1毫米，國內(nèi)年需求量也僅在萬米以上，再加上部分下游行業(yè)沒有意識到磁傳感器的重要性，認(rèn)為非晶合金絲材產(chǎn)業(yè)規(guī)模小，導(dǎo)致對其缺少足夠的重視。這也反映出了非晶合金絲材應(yīng)用的廣度和深度都有待拓展。二是下游產(chǎn)業(yè)技術(shù)工藝尚未有突破性進(jìn)展，仍處于跟隨、模仿階段，且存在多重短板。這也影響了廠家對非晶合金絲材的研制動力。三是跨學(xué)科協(xié)作尚未形成。非晶合金絲材領(lǐng)域的研究人員較少，主要以科研單位和高校為主，企業(yè)參與的不多。

　　對此，針對國內(nèi)非晶合金絲材發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)，張華建議從以下4方面發(fā)力。首先，加大技術(shù)協(xié)作、協(xié)同力度，可先圍繞幾個重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)積累，實(shí)現(xiàn)長久研發(fā)。其次，分解“卡脖子”技術(shù)難點(diǎn)。加大技術(shù)攻關(guān)力度，尤其須增強(qiáng)企業(yè)與高校、科研單位間的學(xué)術(shù)交流與合作，緊跟前沿，協(xié)同發(fā)展。再次，定期開展技術(shù)交流與研討，包括開展定期的創(chuàng)新交流或比賽、和國外先進(jìn)技術(shù)企業(yè)進(jìn)行定期合作與交流。最后，加快培育應(yīng)用市場，推進(jìn)非晶合金絲材創(chuàng)新發(fā)展，大力開發(fā)非晶合金絲材應(yīng)用領(lǐng)域，尤其要促進(jìn)其在水陸智能交通、無人駕駛、航天軍工、無人機(jī)等領(lǐng)域煥發(fā)新活力。

　　“尤其是在當(dāng)前‘雙碳’戰(zhàn)略背景下，非晶合金絲材發(fā)展大有可為，前景可期?！?月23日，在浙江寧波召開的由中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金材料應(yīng)用分會、中國新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新平臺主辦的第二屆全國非晶合金絲材暨非晶微傳感器技術(shù)與應(yīng)用研討會上，中科院寧波材料所主任、中國工程院院士、中國新材料產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新平臺理事長薛群基在為大會致辭時指出，隨著信息技術(shù)、智能制造的迅速發(fā)展，市場將對傳感器用磁性元件的需求更加迫切，如在極端環(huán)境下作業(yè)的傳感器，更需要非晶合金材料優(yōu)異的力學(xué)性能、抗腐蝕性能等。

　　世界著名材料學(xué)家、美國國家工程院院士、日本學(xué)士院院士井上明久出席研討會。南京大學(xué)教授、中科院院士都有為，中國船舶集團(tuán)公司第七一0研究所研究員楊昌茂和中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金材料應(yīng)用分會秘書長張華等12位專家圍繞非晶合金絲材特殊性能開發(fā)的最新進(jìn)展及其在磁傳感器上應(yīng)用的制備要求、需求導(dǎo)向、技術(shù)挑戰(zhàn)，以及產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、當(dāng)前瓶頸、未來方向等熱點(diǎn)話題進(jìn)行了交流與探討。中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院創(chuàng)新研究員莊鑫、中科院寧波材料所研究員黎嘉威分別主持了上午和下午的會議。

　　在非晶合金絲材性能方面，上海海空添馬傳感技術(shù)有限公司創(chuàng)始人丁樂慧分享了高精度磁傳感器用非晶絲材的相關(guān)參數(shù)，黎嘉威介紹了Co基非晶材料高磁導(dǎo)率在探測弱磁方面的優(yōu)異性，內(nèi)蒙古工業(yè)大學(xué)科研處處長劉景順分享了Ni摻雜Fe基合金微絲組織結(jié)構(gòu)及其力學(xué)、吸波性能研究情況，中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院創(chuàng)新研究員莊鑫分享了復(fù)合材料器件用非晶微晶材料參數(shù)最優(yōu)值的研究情況，浙江師范大學(xué)教授方允樟分享了其研發(fā)團(tuán)隊(duì)在軟磁細(xì)帶縱向驅(qū)動巨磁阻抗磁敏傳感技術(shù)方面的最新進(jìn)展等。

　　在非晶合金絲材應(yīng)用方面，都有為介紹了包括非晶傳感器在內(nèi)的各類磁傳感器的性能、應(yīng)用及最新研究進(jìn)展，楊昌茂介紹了數(shù)字式弱磁傳感器的優(yōu)勢和應(yīng)用情況，英國巴廷頓公司原技術(shù)主管、上海三護(hù)磁儀器廠長AdrianMarkSwinton介紹了國外非晶弱磁傳感技術(shù)在地球物理研究、醫(yī)療、交通、工業(yè)、航天等領(lǐng)域的應(yīng)用情況，中科院寧波材料所研究員劉宜偉介紹了磁性非晶絲在柔性磁傳感器上的優(yōu)勢及相關(guān)研究進(jìn)展。

　　在會上，哈爾濱工程大學(xué)煙臺研究院院長助理吳晟還從下游用戶角度分享了海洋觀測裝備對傳感器的需求情況；張華介紹了當(dāng)前我國非晶合金絲材產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況及面臨的技術(shù)瓶頸，并提出了發(fā)展建議；中電協(xié)電工合金分會副秘書長崔得鋒介紹了非晶軟磁合金絲材相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研制情況。

圖為榮譽(yù)證書頒發(fā)儀式

　　此外，井上明久、薛群基、都有為三位院士在會上為做主旨報告的專家頒發(fā)了榮譽(yù)證書。與會代表在會后還參觀了浙江省磁性材料應(yīng)用技術(shù)制造業(yè)創(chuàng)新中心。