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科学家使用大型有限元模型模拟 Nd-Fe-B 磁体的磁化反转

2024-04-27 10:25:19 百科知识来源：

导读 NIMS 使用基于电子显微镜获得的断层扫描数据构建的大规模有限元模型，成功模拟了 Nd-Fe-B 磁体的磁化反转。这种模拟揭示了阻碍矫顽力的...

NIMS 使用基于电子显微镜获得的断层扫描数据构建的大规模有限元模型，成功模拟了 Nd-Fe-B 磁体的磁化反转。

这种模拟揭示了阻碍矫顽力的微观结构特征，矫顽力量化了磁体在相反磁场中的抗退磁能力。基于断层扫描的新模型预计将指导开发具有终极性能的可持续永磁体。

绿色发电、电力交通等高科技产业严重依赖高性能永磁体，其中以钕铁硼永磁体性能最强、需求量最大。迄今为止，工业Nd-Fe-B磁体的矫顽力远低于其物理极限。为了解决这个问题，可以对磁体的真实模型进行微磁模拟。

这项研究提出了一种在大型模型中重建超细晶粒 Nd-Fe-B 磁体真实微观结构的新方法，该研究现已发表在《npj 计算材料》杂志上。

具体来说，通过扫描电子显微镜(SEM) 结合一致聚焦离子束 (FIB) 抛光获得的一系列 2D 图像的断层数据可以转换为高质量的 3D 有限元模型。

这种基于断层扫描的方法是通用的，可以应用于其他多晶材料，解决广泛的材料科学问题。

基于断层扫描模型的微磁模拟再现了超细晶 Nd-Fe-B 磁体的矫顽力并解释了其机制。揭示了与矫顽力和磁化反转成核相关的微观结构特征。

因此，开发的模型可以被视为 Nd-Fe-B 磁体的数字孪生——旨在准确反映其物理性质的物体的虚拟表示。

所提出的 Nd-Fe-B 磁体的数字孪生足够精确，可以重现微观结构和磁特性，这些结构和磁特性可以在设计按需高性能永磁体时用于反演问题。

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