中科院寧波材料所團隊利用機器學習模型,設計出兼具超高飽和磁化強度(1.92T)與超低矯頑力(1.2A/m)的鐵基非晶合金,這項發表在《先進功能材料》的研究,解決了了高頻高功率電子器件的痛點。
圖釋:通過人工智能開發的具有高飽和磁化強度的 Fe 基非晶合金。圖源:NIMTE
材料實驗室里常見的試錯法被AI徹底顛覆。研究團隊用XGBoost算法,把鐵含量、混合焓、電負性差等參數丟進模型,預測出合金的磁性能,預測精度R2超過0.1,這相當于給材料科學家裝了透視鏡,直接看透元素排列組合的底層邏輯。傳統非晶合金總在磁化強度和矯頑力之間顧此失彼,這次加了鈷元素,激活了鐵鈷交換耦合效應,魚和熊掌兼得。
對比傳統硅鋼0.8-1.6T的飽和磁化強度,新材料的1.85T起步值直接改寫行業標準。更絕的是其在高頻下的表現——MHz級工況下,核心損耗比硅鋼低兩個數量級,這對5G基站電源模塊,高功率電動車電機這類發熱大戶簡直是神器。英國團隊去年用AI造出鐵基超導磁體的案例,側面印證了算法驅動材料研發的爆發力。
實驗室數據往生產線遷移時,總卡在量產穩定性上。這次研究團隊特意設計了Fe-Co-Ni-Si-B和Fe-Co-Ni-B-P-C兩套配方體系,通過磁場退火工藝把性能波動壓到最低。這種'寬配方+精調控'的策略,在寧波材料基因工程高精尖創新中心的智能冶金論壇上就透露過。
站在產業鏈角度看,這項突破來得正是時候。新能源汽車電機正朝著30000轉/分鐘狂奔,第三代半導體器件開關頻率突破MHz大關,傳統磁材料早已氣喘吁吁,可以預見,采用新合金的磁芯能讓電動汽車充電樁體積縮小30%,數據中心電源模塊效率提升5個百分點,高速高功率電機突破4萬轉。
材料科學正在經歷認知革命。從中科院半導體所的超高介電材料突破,到本次鐵基非晶合金的性能飛躍,AI不再是錦上添花的工具,而是重構了從原子排列到工程應用的完整創新鏈。隨著人工智能的不斷增強,操控核聚變,按需設計醫藥和先進材料等科幻夢想正逐步變為現實。
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