磁铁建模突破为可持续能源应用铺平道路

日本国立材料研究所的科学家成功模拟了Nd-Fe-B（钕铁硼）磁铁的磁化反转。 通过利用基于电子显微镜获取的断层数据构建大规模有限元模型，实现了这一模拟。

详细讨论该项工作的研究论文已发表在《npj Computational Materials》期刊上。

通过一系列FIB-SEM图像获取了热变形Nd-Fe-B磁铁的图像（显示了0.8 × 0.8 µm²的裁剪区域）。处理这些图像包括2D分割和将晶粒切片转换为点云。通过生成由相互晶间相分离的紧密堆积的3D凸多晶晶粒，除缩放显示其周围网格的三重结点外，其余均被隐藏起来。图片来源：日本国立材料研究所。 点击此处查看开放获取（发布时）的研究论文全文。此外，新闻稿提供其他图片和简化信息。

此类模拟揭示了妨碍"矫顽力"（衡量磁铁在相反磁场中抗去磁化的能力的度量）的微观结构特征。新的基于断层数据的模型预计将推动可持续永磁磁铁的最佳性能发展。

绿色能源发电、电动交通等高科技产业严重依赖高性能永磁磁铁，其中Nd-Fe-B磁铁是最强大且需求量最大的。

迄今为止，工业用Nd-Fe-B磁铁的矫顽力远低于其物理极限。为解决这一问题，可以利用磁力学模拟实现对磁铁实际模型的微观结构的重建。

该研究提出了一种在大规模模型中重建超细晶粒Nd-Fe-B磁铁真实微观结构的新方法。

具体来说，结合扫描电子显微镜（SEM）获得的一系列2D图像的断层数据以及连贯的离子束（FIB）抛光可以将其转换为高质量的3D有限元模型。

这种基于断层数据的方法是通用的，可应用于其他多晶材料，解决各种材料科学问题。基于断层数据的模型上的磁力学模拟重现了超细晶粒Nd-Fe-B磁铁的矫顽力并解释了其机制。

揭示了与矫顽力和磁矩反转核化相关的微观结构特征。因此，所开发的模型可被视为Nd-Fe-B磁铁的数字孪生体--一个旨在准确反映对象物理特性的虚拟表示。

所提出的Nd-Fe-B磁铁的数字孪生体足够精确地还原微观结构和磁性能，可用于设计定制高性能永磁磁铁的反问题。

例如，当研究人员输入特定应用所需的磁性能（如牵引力或可变磁力电机）时，具有集成数字孪生体的基于数据驱动的研究流程将能够提出该应用的磁铁的最佳组成、加工条件和微观结构，从而大大缩短开发时间。

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所有这一切的目的是解决设计定制高性能永磁磁铁的问题。这绝非小问题。目前磁铁生产、原材料采购和加工几乎完全受到中国共产党的控制。

这使得这类工作对大量国家而言成为国家安全问题。共产党的表态并非建设更好的生活水平、增加人类安全或提升全球人民的健康、财富和安全性的是。

因此，这是一项关键的研究。对这个研究团队表示"谢谢"，希望能获得更多资金来充分挖掘这项研究所能提供的更多内容。

作者：Brian Westenhaus，通过 New Energy and Fuel 

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