低損耗鐵系磁性材料,EV與電力電子應用前景可期

 

刊登日期:2025/10/16
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日本物質材料研究機構(NIMS)與東北大學、產業技術綜合研究所(AIST)合作,成功開發出一項可將功率損失抑制至既有材料一半以下的鐵系磁性材料。此項研究成果可望應用於次世代高頻變壓器、電動車(EV)驅動電源電路等領域。在電力電子領域,為因應高電壓、高頻率及高溫運作,利用碳化矽(SiC)、氮化鎵(GaN)等寬能隙半導體材料的元件開發不斷推進。然而,作為重要組成要素之一的軟磁性材料仍有能量損耗增加的問題。
 
近年來,軟磁性材料中之「鐵系軟磁性非晶質材料、奈米結晶材料」,因具高磁化潛力且能降低矯頑力(Coercivity)而受到關注。有鑑於此,NIMS研究團隊著手展開低損耗之軟磁性材料開發。此次研究透過奈米尺度的組織控制,結合高頻領域磁區結構的最佳化,成功提升以鐵為主成分之非晶質薄帶(Amorphous Ribbon)的磁性質。實驗中,研究團隊利用液體急冷法製作鐵系非晶質薄帶,對其進行部分結晶化,並利用穿透型電子顯微鏡確認奈米級鐵結晶的分散狀態。
 
此外,透過磁光Kerr效應顯微鏡觀察磁區,確認出現了微細的條帶狀磁區結構。根據觀察結果進行微磁學模擬後發現,條帶狀磁區的形成原因是由於弱垂直磁各向異性的出現。綜合研究結果顯示,在數十kHz的高頻領域中,占軟磁性材料功率損失80%以上的「過剩損失」可獲得大幅抑制。
 
此次開發的薄帶以鐵為主要成分,重量比超過94%,其餘元素為硼、磷、碳、銅、矽等相對低成本材料。研究團隊已確認可製造寬度60 mm、厚度25 μm的薄帶,認為其在產業用途上具備實用性。

資料來源: https://eetimes.itmedia.co.jp/ee/articles/2509/08/news035.html
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