亚微米FeNi颗粒增强Fe基软磁复合材料的动态磁化机制与低损耗特性研究

　　为满足高频高效电源电感需求，研究人员通过等离子蒸发法制备亚微米FeNi颗粒，与羰基铁粉复合构建Fe/submicron FeNi软磁复合材料（SMCs）。该材料使电感饱和电流提升9.8%，品质因数(Q值)从13增至20（增幅53.8%），并通过磁畴精细化和动态磁化过程调控显著降低磁滞损耗与涡流损耗，为高性能成型电感设计提供新思路。

　　

随着电动汽车、车载充电器和逆变器等高压设备对高频高效功率电感的需求激增，软磁复合材料（Soft Magnetic Composites, SMCs）因其易成型、高有效磁导率和优异抗直流偏置特性成为核心材料。然而，传统SMCs在高频工作时损耗剧增，导致发热严重，直接影响电子设备在125°C至180°C高温环境下的可靠性。现有技术路线如表面包覆绝缘层虽可降低涡流损耗，却牺牲了磁导率；而通过改变颗粒形状或尺寸又面临工艺复杂或磁性能下降的困境。

针对这一挑战，研究人员通过等离子蒸发法制备亚微米级FeNi颗粒，将其与工业级羰基铁粉（SiO₂
包覆）复合，开发出Fe/submicron FeNi SMCs。实验表明，添加30 wt%亚微米FeNi颗粒的电感饱和电流提升9.8%，品质因数（Q值）从13跃升至20，损耗降低53.8%。通过磁光克尔显微镜和磁谱拟合技术，团队首次从微观磁畴结构和动态磁化过程角度揭示了损耗机制：亚微米颗粒促使磁畴尺寸细化，减少畴壁共振分量并增强自旋旋转分量，从而降低磁滞损耗和异常损耗；其小尺寸特性还显著抑制了涡流损耗。该成果发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》，为兼具高磁导率与低损耗的成型电感设计提供了理论依据与技术路径。

关键技术方法包括：1）等离子蒸发法制备亚微米FeNi颗粒；2）羰基铁粉与FeNi颗粒的复合工艺优化；3）磁光克尔显微镜观测磁畴动态；4）磁谱拟合分离损耗成分。

材料与形貌特征
SEM显示亚微米FeNi颗粒球形度高、尺寸分布集中，表面光滑度优于团聚态羰基铁粉，这有利于均匀包覆树脂提升电阻率。

磁性能提升机制
动态磁化过程分析表明，亚微米颗粒通过细化磁畴减少畴壁位移，使畴壁共振频率向高频移动，同时增强自旋旋转分量。这种协同效应将SMCs的截止频率从1.2 MHz提升至2.5 MHz。

损耗分离验证
通过损耗分离技术量化发现：30 wt% FeNi样品在100 kHz下的涡流损耗占比从纯Fe的42%降至28%，磁滞损耗降低37%，证实亚微米颗粒对多类型损耗的协同抑制效果。

研究结论强调，亚微米FeNi颗粒的引入不仅通过物理尺寸效应降低涡流损耗，更通过磁畴工程调控动态磁化过程，实现损耗类型的系统性优化。Sizhe He等作者指出，该材料体系在现有工业条件下即可实现微型成型电感量产，其“磁导率-损耗”平衡策略对高温高频场景下的功率器件设计具有普适指导意义。国家电子元器件重点实验室的开放基金（编号Fenghua-2024-0064）支持了这项研究。