软磁材料（SMMs）对于高效应用中的机电能量转换而言必不可少，但由于电机转速提高，使其面临着日益增加的机械载荷条件。提高软磁材料的屈服强度对于防止磁性能下降以及因塑性变形而失效至关重要，然而大多数软磁材料的屈服强度远低于1GPa。

近日，德国马普所Dierk Raabe院士团队提出了一种多组元纳米结构化策略，通过热处理中的变形和析出作用，在Fe-Ni-Co-Ta材料中引入形态各向异性的纳米析出相，从而实现了软磁材料屈服强度的倍增。相关成果以“Two-gigapascal-strong ductile soft magnets”为题在Nature Communications上发表。

研究人员设计了一种块状多组元软磁材料，其具备以下力学性能：强度达2GPa，延展性良好(12%)，饱和磁化强度高(115Am²·kg⁻¹)，矫顽力相对较低(0.36kA·m⁻¹)以及电阻率高(62.5μΩ·cm)。通过构建形态各向异性且共格的纳米析相来实现这一构想，这些析出相在空间尺寸、分布形态、化学成分以及共格应力方面都经过了优化。运用跨越多个长度尺度的相关实验及计算探测手段，揭示了该材料的磁学性能以及相应的磁化机制。

多种力学强化和增韧机制与软磁特性相结合，产生了多功能的性能特征。强化机制的实现方式不会干扰磁畴壁运动，从而调和了原本相互排斥的材料设计目标。这类多组元合金广阔且近乎无限的成分空间以及非平衡纳米结构设计理念，对于开发高能效软磁材料至关重要，这些软磁材料能够承受严苛的机械载荷条件，同时又不会牺牲其低磁滞损耗的特性。尽管引入高数量密度且不同类型的晶格缺陷会导致矫顽力适度升高，但这种材料设计理念为那些优先考虑机械强度而非最小矫顽力的高效机电能量转换应用提供了一种新途径。特别适用于在使用或制造过程中暴露于严重离心机械载荷下、承受高机械应力的磁性部件，对于这些部件而言，传统软磁材料在机械性能方面要么太脆要么太软。其应用场景在于电动汽车电机以及高速飞轮储能装置等面临恶劣且动态机械载荷、对软磁部件需求日益增长的系统中。

文章来源于材料设计，编辑时有改动。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53793-2