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近日，Nature Communications在线刊登了我校材料与环境工程学院张雪峰教授团队的研究论文“High-frequency FeSiAl-based soft magnetic composites via simultaneously suppressed eddy and hysteresis losses”。该工作采用体相掺杂/界面绝缘包覆同步优化策略，通过金属原子互扩散制备FeSiAl:Sn/Al2O3软磁复合材料，有效降低了涡流和磁滞损耗，为工程应用领域高频软磁复合材料的开发奠定了基础。论文第一作者为杭州电子科技大学李红霞教授和东北大学李逸兴副教授，通讯作者为杭州电子科技大学张雪峰教授和赵荣志副教授。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-025-64794-0

 随着新能源汽车、光伏技术和5G/6G通信等行业的快速发展，高频高性能软磁复合材料的需求变得十分迫切。目前，原位绝缘包覆技术能够有效降低颗粒间涡流损耗，在千赫兹功率器件方面已占据重要地位。然而，随着器件的工作频率升至兆赫兹，过高的功率损耗严重阻碍了其应用潜力。由于涡流损耗和磁滞损耗之间存在权衡关系，因此，如何在抑制颗粒间涡流损耗的同时，同步降低软磁复合材料的颗粒内涡流损耗和磁滞损耗，是目前该领域面临的一个关键挑战。

该研究中提出了一种体相/界面同步优化策略，通过退火过程中金属原子的互扩散来制备FeSiAl:Sn/Al₂O₃软磁复合材料，为上述挑战提供了简单有效的解决方案（如图1所示），实现了超低功率损耗并保持频率稳定的磁导率至数十兆赫兹。FeSiAl:Sn的形成一方面提高了基体的电阻率，有效抑制了颗粒内涡流损耗；另一方面，通过缓解晶格畸变降低了矫顽力，从而减少了磁滞损耗；同时，原位生长的Al₂O₃绝缘层有效降低了颗粒间涡流损耗。该软磁复合材料实现了低功率损耗47 mW/cm³ (50 mT/100 kHz)及1344 mW/cm³ (50 mT/1 MHz)，并在数十兆赫兹范围内保持60的有效磁导率，截止频率达250.7 MHz。

 图1. Origination of FeSiAl:Sn/Al2O3 structure. a, Schematic diagram of the substitution of Sn and formation of Al2O3 by mutual diffusion. b-c, Schematic representation of the power loss suppression mechanism in FeSiAl:Sn SMCs. Inter-eddy loss is effectively mitigated through the incorporation of an insulating Al2O3 layer (b). In parallel, hysteresis and intra-eddy losses are suppressed by substituting Sn for Al, which results in a reduction of coercivity and an increase in electrical resistivity (c).

 该项工作不仅揭示了提升软磁复合材料高频性能的关键机制，为开发高频低损耗软磁复合材料奠定了工程应用基础，同时也为其他材料体系的开发提供了有益借鉴，特别是基于异质原子扩散与置换的设计理念。此外，该工作也为未来构建具有定制功能层的先进材料提供了理论支撑，并为多种高端应用场景开辟了新路径。