《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：“Enhancing magnetic properties of SrFe10Al2O19/CoFe2O4 hard/soft ferrite composites for sustainable electric vehicle technologies”
编辑推荐：
针对稀土元素供应链风险及环境成本问题，研究人员提出开发无稀土磁性材料。本文采用一锅溶胶-凝胶自蔓延燃烧法，按不同硬相/软相重量比例（H/S：0.95/0.05、0.90/0.10、0.85/0.15、0.80/0.20）制备了铁氧体基硬/软磁性纳米复合材料Sr
针对稀土元素供应链风险及环境成本问题，研究人员提出开发无稀土磁性材料。本文采用一锅溶胶-凝胶自蔓延燃烧法，按不同硬相/软相重量比例（H/S：0.95/0.05、0.90/0.10、0.85/0.15、0.80/0.20）制备了铁氧体基硬/软磁性纳米复合材料SrFe10Al2O19/CoFe2O4。所得纳米复合材料表现出两相结晶行为、显著的矫顽力、饱和磁化强度及优良的单相交换弹簧耦合特性。其中，(0.90)SrFe10Al2O19/(0.10)CoFe2O4（CHS2）样品的剩磁达40.01 emu/g，并保持4.5 kOe的矫顽力，表明其在剩磁显著提升的同时仍维持中等矫顽力水平。磁性能的改善主要源于硬相与软相之间的交换耦合作用，该作用促使硬相磁矩与软相磁矩对齐，从而提高饱和磁化强度和剩磁。
在全球应对气候变化、减少化石能源依赖的背景下，交通领域的电动化转型成为实现净零排放目标的重要环节。电动汽车（EV）作为替代传统内燃机车辆的核心方案，其动力系统对高性能永磁同步电机的需求不断增加。然而，当前主流的高性能永磁材料多依赖稀土元素（REE），如钕铁硼（Nd-Fe-B）和钐钴（Sm-Co），这类材料虽具有高最大磁能积（(BH)max）和抗退磁能力，却面临资源供应受限、价格波动大及环境负担高等问题。因此，开发无稀土或低稀土依赖的替代磁性材料，成为学术界和产业界的重要研究方向。铁氧体永磁材料因其高电阻率、低涡流损耗、化学稳定性好、成本低廉等优势，被认为是潜在的替代方案，但其磁性能尤其是剩磁和磁能积尚不足以完全取代稀土永磁。为此，研究人员聚焦于硬/软磁相复合策略，通过交换耦合效应实现磁性能优化。
本研究由Deepika Sharma、Rohit Duglet、Vijay Singh、Yaseen Mohd、Anjali Thakur、Anjana Dogra与M. Singh合作完成，发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》。研究人员选用铝掺杂的M型六角铁氧体SrFe10Al2O19作为硬磁相，因其具备高矫顽力（Hc）；同时选用钴铁氧体（CoFe2O4）作为软磁相，因其具有高饱和磁化强度（Ms）和良好的晶态各向异性。两者通过一锅溶胶-凝胶自蔓延燃烧法及物理研磨法制备成不同重量比例的纳米复合材料，系统探究硬/软相比例对磁性能的影响机制。
关键技术方法
研究人员采用溶胶-凝胶自蔓延燃烧法制备纳米复合粉体，该方法可保证化学组分均匀性和高纯度晶体结构。合成过程中，通过调节硬相SrFe10Al2O19与软相CoFe2O4的重量比（H/S：1/0、0.95/0.05、0.90/0.10、0.85/0.15、0.80/0.20、0/1）控制相组成。样品经1050 ℃高温烧结5小时，并通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）等手段表征晶体结构与微观形貌。
研究结果
X射线衍射分析
XRD图谱显示，所有复合材料均包含硬相SrFe10Al2O19（ICDD卡片号84–1531）与软相CoFe2O4（ICDD卡片号77–0426）的特征峰，证实两相共存且无杂相生成。随着软相比例增加，衍射峰强度发生规律性变化，反映相含量差异。
磁性能测试
磁滞回线测量结果表明，硬/软相复合显著提升了剩磁（Mr）和饱和磁化强度（Ms）。其中，H/S比例为0.90/0.10的样品（CHS2）表现最佳，Mr达到40.01 emu/g，同时保持4.5 kOe的矫顽力。这种剩磁增强归因于硬相与软相之间的交换耦合作用，该作用促使软相的高磁矩与硬相的磁矩取向一致，从而提高整体磁化水平。
微观结构表征
SEM与TEM观察显示，复合材料颗粒呈不规则形状，尺寸分布较宽，部分区域出现团聚现象，这可能影响磁畴结构和磁性能一致性。物理研磨法制备的样品表面粗糙，颗粒破碎明显，而化学合成样品则显示出较好的结晶度。
讨论与结论
研究表明，通过合理调控硬/软相比例，可在保持较高矫顽力的同时显著提升剩磁与饱和磁化强度，实现磁性能的协同优化。这一成果为开发适用于电动汽车电机的无稀土永磁材料提供了实验依据和技术路径。交换耦合效应的有效利用，使铁氧体基复合材料在性能上更接近稀土永磁，降低了原材料成本和供应链风险，具有重要的工程应用前景。
