独特的弱磁探测优势 驱动非晶合金丝材奔向未来

 

　　“磁导率是影响磁传感器性能的关键参数，在各类磁性材料性能的对比中，Co基非晶丝材磁导率最高，非常适合探测弱磁。”在9月23日召开的第二届全国非晶合金丝材暨非晶微传感器技术与应用研讨会上，中科院宁波材料所研究员黎嘉威介绍道。

　　这种弱磁探测性能也预示着非晶合金丝材在弱磁场方面的应用优势。弱磁场最为典型的是我们自身就存在着弱磁场的人体。在会上，南京大学教授、中科院院士都有为描述了这样一个场景：在未来，当一个人生病了，不需要医生用x光等大型精密医疗设备去检查生病的部位，而是仅用很灵敏的传感器对人体磁场进行测量，再通过与正常状态下的磁场比较来发现人体生病的部位……如今，作为磁敏感材料的非晶合金丝材在微磁传感器应用上已经显示出低成本、小体积、低功耗和快速响应的综合优势，也在无人机、机器人、手机等智能化设备上得到普遍应用，在人机交互、健康医疗、军事领域也显示出广阔的应用前景。可以预见，都有为描述的场景将在不远的未来出现。

　　当然，传感器的应用受到能源限制，需要解决自供电探测问题。针对这个问题，中科院宁波材料所研究员刘宜伟认为，利用非晶合金丝材作为磁芯的液态金属线圈具有磁放大的作用，其电磁感应效应可以实现传感器的自供电。

　　“非晶材料以其独特的电磁学性能、抗腐蚀性能和强韧一体化的力学性能，在许多领域得到应用。”中科院宁波材料所主任、中国工程院院士、中国新材料产业技术创新平台理事长薛群基也非常认可非晶合金丝材作为磁敏感材料在微磁传感器中的应用具有综合优势。

　　然而，国内目前缺乏高质量的非晶合金裸丝。尽管国内非晶合金丝材的研制起步较早，但长期没有实现突破，制成的磁传感器的灵敏度、精度和成品率与国外产品也存在一定差距。同时，非晶合金丝材的量产目前也遇到了技术瓶颈。中国电器工业协会非晶合金材料应用分会秘书长张华介绍，国内目前主要通过研究文献资料来研发生产设备，生产技术相对落后，在稳定性、一致性、连续性等方面存在制造难点，主要生产技术被国外垄断，国内市场一半以上的产品依赖进口，生产高质量的非晶合金丝材已成为“卡脖子”难题。

　　目前，国内外非晶合金丝材的通用制备方法包括内圆水纺法、玻璃包覆法、熔体抽拉法。国外目前已有比较成熟的制备高质量非晶合金丝材的技术，如日本爱知钢铁公司采用独特的旋转液体纺丝和单辊工艺生产磁性丝和高强度丝两种非晶合金丝材，已应用在要求高灵敏度的磁传感器元件、静电消除刷、运动器材上；以色列的ACS、UTT等公司则专门制作玻璃包覆非晶合金丝材，也在传感器、防伪等领域中得到应用。

　　对比国内外发展，张华指出了国内非晶合金丝材发展的问题症结。一是需求不足、重视不够，缺少牵头机构。目前，一个传感器需要的非晶合金丝材不足1毫米，国内年需求量也仅在万米以上，再加上部分下游行业没有意识到磁传感器的重要性，认为非晶合金丝材产业规模小，导致对其缺少足够的重视。这也反映出了非晶合金丝材应用的广度和深度都有待拓展。二是下游产业技术工艺尚未有突破性进展，仍处于跟随、模仿阶段，且存在多重短板。这也影响了厂家对非晶合金丝材的研制动力。三是跨学科协作尚未形成。非晶合金丝材领域的研究人员较少，主要以科研单位和高校为主，企业参与的不多。

　　对此，针对国内非晶合金丝材发展现状和特点，张华建议从以下4方面发力。首先，加大技术协作、协同力度，可先围绕几个重点目标进行技术积累，实现长久研发。其次，分解“卡脖子”技术难点。加大技术攻关力度，尤其须增强企业与高校、科研单位间的学术交流与合作，紧跟前沿，协同发展。再次，定期开展技术交流与研讨，包括开展定期的创新交流或比赛、和国外先进技术企业进行定期合作与交流。最后，加快培育应用市场，推进非晶合金丝材创新发展，大力开发非晶合金丝材应用领域，尤其要促进其在水陆智能交通、无人驾驶、航天军工、无人机等领域焕发新活力。

　　“尤其是在当前‘双碳’战略背景下，非晶合金丝材发展大有可为，前景可期。”9月23日，在浙江宁波召开的由中国电器工业协会非晶合金材料应用分会、中国新材料产业技术创新平台主办的第二届全国非晶合金丝材暨非晶微传感器技术与应用研讨会上，中科院宁波材料所主任、中国工程院院士、中国新材料产业技术创新平台理事长薛群基在为大会致辞时指出，随着信息技术、智能制造的迅速发展，市场将对传感器用磁性元件的需求更加迫切，如在极端环境下作业的传感器，更需要非晶合金材料优异的力学性能、抗腐蚀性能等。

　　世界著名材料学家、美国国家工程院院士、日本学士院院士井上明久出席研讨会。南京大学教授、中科院院士都有为，中国船舶集团公司第七一0研究所研究员杨昌茂和中国电器工业协会非晶合金材料应用分会秘书长张华等12位专家围绕非晶合金丝材特殊性能开发的最新进展及其在磁传感器上应用的制备要求、需求导向、技术挑战，以及产业发展现状、当前瓶颈、未来方向等热点话题进行了交流与探讨。中国科学院空天信息创新研究院创新研究员庄鑫、中科院宁波材料所研究员黎嘉威分别主持了上午和下午的会议。

　　在非晶合金丝材性能方面，上海海空添马传感技术有限公司创始人丁乐慧分享了高精度磁传感器用非晶丝材的相关参数，黎嘉威介绍了Co基非晶材料高磁导率在探测弱磁方面的优异性，内蒙古工业大学科研处处长刘景顺分享了Ni掺杂Fe基合金微丝组织结构及其力学、吸波性能研究情况，中国科学院空天信息创新研究院创新研究员庄鑫分享了复合材料器件用非晶微晶材料参数最优值的研究情况，浙江师范大学教授方允樟分享了其研发团队在软磁细带纵向驱动巨磁阻抗磁敏传感技术方面的最新进展等。

　　在非晶合金丝材应用方面，都有为介绍了包括非晶传感器在内的各类磁传感器的性能、应用及最新研究进展，杨昌茂介绍了数字式弱磁传感器的优势和应用情况，英国巴廷顿公司原技术主管、上海三护磁仪器厂长AdrianMarkSwinton介绍了国外非晶弱磁传感技术在地球物理研究、医疗、交通、工业、航天等领域的应用情况，中科院宁波材料所研究员刘宜伟介绍了磁性非晶丝在柔性磁传感器上的优势及相关研究进展。

　　在会上，哈尔滨工程大学烟台研究院院长助理吴晟还从下游用户角度分享了海洋观测装备对传感器的需求情况；张华介绍了当前我国非晶合金丝材产业发展情况及面临的技术瓶颈，并提出了发展建议；中电协电工合金分会副秘书长崔得锋介绍了非晶软磁合金丝材相关标准的研制情况。

图为荣誉证书颁发仪式

　　此外，井上明久、薛群基、都有为三位院士在会上为做主旨报告的专家颁发了荣誉证书。与会代表在会后还参观了浙江省磁性材料应用技术制造业创新中心。