張默涵
11月10日，浙江省科技進(jìn)步獎揭曉，中科院寧波材料所研究員李潤偉牽頭完成的“高飽和磁感應強度低損耗納米晶軟磁材料關(guān)鍵技術(shù)及應用”項目獲得了一等獎，其產(chǎn)品成功實(shí)現進(jìn)口替代。這位深耕磁材應用領(lǐng)域的科研工作者多年來(lái)致力于非晶器件的研究，并取得了顯著(zhù)成績(jì)。幾年前，李潤偉團隊制備出一款數字化柔性觸覺(jué)傳感器。作為智能可穿戴設備，該產(chǎn)品精度和靈敏度高，甚至可探測到蚊子心臟的跳動(dòng)，受到了商家青睞。這種小型化、高靈敏度的磁傳感器在醫療、軍工、人工智能、地質(zhì)勘探等眾多領(lǐng)域有巨大應用市場(chǎng)。
據介紹，這款磁傳感器里使用了一種絲材作為磁敏材料，對該產(chǎn)品的高性能起到了非常關(guān)鍵的作用。這種絲材便是非晶態(tài)合金材料。
新特性：非晶磁材迎來(lái)新市場(chǎng)
非晶態(tài)合金又稱(chēng)液態(tài)金屬，或稱(chēng)金屬玻璃。人類(lèi)發(fā)現這個(gè)奇特材料僅有幾十年時(shí)間，但其已憑借出眾的性能得到科學(xué)家和產(chǎn)業(yè)界的高度重視。
非晶合金硬度高、強度高，是理想的手機結構件材料。用非晶合金制備的華為折疊屏手機鉸鏈可折疊20萬(wàn)次不變形。多年前，美國蘋(píng)果公司就布局了很多專(zhuān)利，如iPhone4嘗試用非晶合金做取卡針。特斯拉、凱迪拉克等高端汽車(chē)鎖扣拉手等也選用該材料。
當前，非晶合金在軟磁材料領(lǐng)域應用最為成功。在配電變壓器的使用中，非晶鐵芯比硅鋼鐵芯節省75%~80%的空載損耗。以一臺容量為400千伏安的一級能效變壓器為例，全生命周期內非晶變壓器節能達5.2萬(wàn)千瓦時(shí) ，是典型的節能環(huán)保材料。用非晶合金制作的磁材在新能源汽車(chē)、光伏、風(fēng)力發(fā)電等領(lǐng)域被優(yōu)先選擇。世界上很多國家也非常重視該材料的發(fā)展與應用。日前，美國能源部提出，2027年美國配電變壓器擬采用新標準，幾乎所有按照新標準生產(chǎn)的變壓器鐵芯都將采用非晶合金。日本、歐盟也倡導使用非晶變壓器為碳減排做貢獻。去年，我國工信部出臺文件，要求到2025年，新增高效節能變壓器占比達到80%以上，鐵基非晶合金成為最值得期待的材料。
非晶合金尚有部分特殊磁性能待開(kāi)發(fā)與應用，很可能打開(kāi)全新的市場(chǎng)。上世紀90年代初，科學(xué)家發(fā)現非晶合金絲材巨磁阻抗（GMI）效應十分典型。巨磁阻抗是指材料的交流阻抗隨外加磁場(chǎng)顯著(zhù)變化的現象。它是科學(xué)界研究的前沿，和其他磁傳感器比，具有小型化、更靈敏、更精準、更可靠等優(yōu)點(diǎn)。
新賽道：產(chǎn)業(yè)已形成百億元規模
非晶絲材及其制備的器件為非晶合金領(lǐng)域帶來(lái)了全新“絲”路。
在軍用領(lǐng)域，非晶產(chǎn)品主要在磁探測上發(fā)揮重要作用。在現代戰爭中，高精度打擊是對武器的基本要求?，F代軍隊為更精準打擊目標，已在導彈、火炮、水雷等導航段安裝非晶傳感器。據了解，該產(chǎn)品在軍方磁導航、磁探測等領(lǐng)域應用廣、需求量大，海外市場(chǎng)規模超過(guò)30億元/年。
在醫療行業(yè)，非晶產(chǎn)品目前最主要的應用市場(chǎng)是電生理領(lǐng)域。當前，國內射頻消融手術(shù)的數量逐年增長(cháng)，僅中國快速性心律失?；颊咧惺褂脤Ч芟谥委煹氖中g(shù)總量（不包含冷凍消融）就從2015年的11.7萬(wàn)例增加到2020年的20.2萬(wàn)例，復合年增長(cháng)率為11.5%。預計到2024年，電生理手術(shù)量將達到45.0萬(wàn)例，年復合增長(cháng)率為22.1%。作為必需耗材，每臺手術(shù)要消耗2根以上置有傳感器的導管，能帶動(dòng)微型磁傳感器使用量大幅增長(cháng)，預計僅國內就有超2億元/年的市場(chǎng)規模。
微型磁傳感器因其體積小、抗遮擋的特點(diǎn)，可廣泛應用于其它醫療及科研領(lǐng)域，如用于腫瘤學(xué)，可在組織活檢、抽液以及放療過(guò)程中跟蹤針尖位置；用于脊柱外科，可幫助瞄準髓內釘遠端鎖定孔；也可用于跟蹤內窺鏡、腹腔鏡的位置和姿態(tài)，以及超聲影像融合等，具有十分廣闊的市場(chǎng)前景。據醫療行業(yè)的資深人士透露，僅非晶微型磁傳感器在腫瘤穿刺、鼻飼管方面的需求，2022年國內就有超過(guò)3億元的市場(chǎng)規模。有資料顯示，我國磁傳感器市場(chǎng)規模高達近400億元/年，弱磁傳感器有近百億元/年。
新認識：絲材制備尚需沉淀和積累
非晶合金絲制備技術(shù)、生產(chǎn)工藝門(mén)檻較高，有水紡法、泰勒法等制備方式。并且，傳感器用途方向不同，對絲材要求也不一樣。目前，日本、以色列等少數國家制備非晶合金絲材技術(shù)較為成熟，且海外對高質(zhì)量非晶合金絲材嚴格管控，如日本鈷基非晶合金裸絲嚴格限制出口。
早在上世紀90年代，我國包頭稀土研究院科研工作者便開(kāi)始研發(fā)、制備非晶合金絲，并取得較大進(jìn)展。近年來(lái)，在市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，非晶合金絲生產(chǎn)裝備水平不斷提升，非晶合金絲制備路徑和方式也不斷取得新的突破。在國內相關(guān)協(xié)會(huì )和科研單位推動(dòng)下，國內從事非晶合金絲研發(fā)和制備的科研單位有18家左右，有近10家企業(yè)從事相關(guān)生產(chǎn)研發(fā)。中國電器工業(yè)協(xié)會(huì )非晶合金材料應用分會(huì )（下稱(chēng)非晶分會(huì )）為了促進(jìn)非晶合金絲產(chǎn)業(yè)鏈形成，2021年、2022年連續舉辦了兩次非晶合金絲材和傳感技術(shù)研討會(huì )，邀請國內外專(zhuān)家和企業(yè)共同交流和研討，對推動(dòng)我國非晶合金絲材產(chǎn)業(yè)發(fā)展做出重要貢獻。
但我國相關(guān)裝備制造和先進(jìn)國家相比還存在差距。非晶分會(huì )負責人介紹，目前國內企業(yè)制備非晶合金絲的方式有3種~4種。近年來(lái)，非晶合金絲材質(zhì)量有了明顯進(jìn)步，但和發(fā)達國家比，還存在著(zhù)連續性不夠、均勻性不好、性能不穩定、一致性較差等進(jìn)步空間。缺少高質(zhì)量的非晶合金絲材，對于高精度傳感器來(lái)說(shuō)，難以快速形成大批量、高穩定的市場(chǎng)。
這位負責人同時(shí)介紹，為了提高我國在相關(guān)方面的制備和應用開(kāi)發(fā)水平，非晶分會(huì )將于今年11月29日在深圳舉辦第三屆非晶合金絲材等磁敏材料和傳感技術(shù)研討會(huì )，邀請行業(yè)專(zhuān)家、企業(yè)代表等就行業(yè)發(fā)展的痛點(diǎn)堵點(diǎn)進(jìn)行分析研討、出謀劃策，推動(dòng)非晶合金產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)入新賽道。
此外，高質(zhì)量發(fā)展需要高標準牽引。去年，中科院寧波材料所牽頭，非晶分會(huì )協(xié)同，開(kāi)展了非晶合金絲國家標準的制定工作，有21家科研單位參與。
《中國冶金報》（2023年11月22日 03版三版）
