在當(dāng)今快速發(fā)展的科技時代，人工智能（AI）正在重塑各個行業(yè)的格局。而作為材料科學(xué)前沿的納米晶合金，因其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和卓越的性能，正逐漸成為推動AI技術(shù)進(jìn)步的重要助力。其中，納米晶合金以其優(yōu)異的性能，成為滿足AI領(lǐng)域中軟磁器件對高效能要求的新選擇。

納米晶合金帶材

接下來，我們將深入探討納米晶合金的獨(dú)特優(yōu)勢、它們在AI產(chǎn)業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用，以及未來的發(fā)展?jié)摿Α?/span>

什么是納米晶合金？

要知道什么是納米晶合金，首先要知道什么是非晶。金屬在制備的過程中，如果在它的凝固過程中，用一個超快的冷卻速度冷卻，這個時候原子在雜亂無序的狀態(tài)，還來不及重新排列就會瞬間被凍結(jié)，這時候形成的結(jié)構(gòu)就是非晶態(tài)。

納米晶是在非晶態(tài)的基礎(chǔ)上，通過特殊的熱處理，讓它形成晶核并長大，但要控制晶粒大小在納米級別，不要形成完全的晶體，這時形成的結(jié)構(gòu)就是納米晶。而納米晶合金就是在非晶態(tài)合金中具有納米尺寸晶體的軟磁性材料。業(yè)界認(rèn)為，納米晶合金的發(fā)明是軟磁材料的一個突破性進(jìn)展，它的出現(xiàn)把非晶態(tài)合金研究開發(fā)又推向一個新高潮。

納米晶合金磁性材料的TEM圖像（來源：日本ケミコン）

納米晶合金之所以受到重視，與第三代半導(dǎo)體逐步受到重用有關(guān)。因?yàn)檐洿牌骷陔娐分型ǔＥc半導(dǎo)體芯片配合使用，起到儲能、傳輸和濾波的作用，是新一代電子電力器件能否高效運(yùn)行的關(guān)鍵。其中，磁導(dǎo)率反映了軟磁材料對外加磁場響應(yīng)能力，是磁性器件在高頻下使用的重要參數(shù)。目前配套第三代半導(dǎo)體的電子器件的高頻化也對軟磁材料在高頻下的磁導(dǎo)率提出了更高的要求。

但是，目前常用的軟磁材料的磁導(dǎo)率會隨著頻率的增加而迅速衰減，已經(jīng)成為其應(yīng)用中的主要障礙。而納米晶合金和傳統(tǒng)的軟磁材料（如硅鋼、鐵氧體）相比，具有更優(yōu)異的高頻磁導(dǎo)率、較低的能量損耗，被認(rèn)為是最有前途的下一代軟磁材料，對實(shí)現(xiàn)高頻電子器件以及高速電機(jī)的高效率、小體積和大功率的優(yōu)勢起著至關(guān)重要的作用。

納米晶合金的制備

首先依舊是非晶合金的制備，其制備過程原理非常簡單，就是將母合金融化后，通過噴嘴包噴射在一個高速旋轉(zhuǎn)的冷卻輥上，瞬間冷卻形成像紙一樣薄薄的帶子。它有幾個特點(diǎn)：

①高溫，液態(tài)合金的溫度基本在1400℃~1500℃，瞬間凝固到接近室溫，需要極高的冷卻速度，冷卻速度達(dá)到了每秒百萬度的級別。

②高速，就是噴帶的速度也非常快，30m/s，高精度，噴出帶材的厚度20-30μm，非常薄，這樣的精度控制是通過噴嘴包下面的狹縫及輥?zhàn)扉g距的設(shè)計實(shí)現(xiàn)的。

最后，納米晶軟磁合金是非晶態(tài)帶材通過特殊的熱處理工藝實(shí)現(xiàn)的——把具有特定成分的非晶態(tài)帶材放進(jìn)熱處理爐里通過定向控制生成100納米以內(nèi)的晶粒，最終形成非晶和納米晶的混合結(jié)構(gòu)。

納米晶合金在AI產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景

人工智能（AI）產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開“算力”二字。AI模型的構(gòu)建可分為兩個階段：第一階段是利用超大算力和海量數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)訓(xùn)練模型的建立；第二階段是在預(yù)訓(xùn)練模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行針對性訓(xùn)練。這兩個過程都涉及到大功率和高頻計算，對算力的需求極其旺盛。

值得注意的是，高算力通常伴隨著高功耗。例如，英偉達(dá)新一代GB200顯卡的單板熱設(shè)計功耗（TDP）已經(jīng)達(dá)到1000W，供電電流超過1300A。在如此高功耗的背景下，金屬軟磁粉芯電感等軟磁器件成為解決“高效電能傳輸、減少能量損耗”等挑戰(zhàn)的重要手段。

隨著技術(shù)的不斷升級與迭代，軟磁材料將在大功率算力設(shè)備中得到更廣泛的應(yīng)用，成為算力時代的“基礎(chǔ)設(shè)施”。而納米晶合金憑借其優(yōu)異的強(qiáng)度、導(dǎo)電性和耐熱性，在高性能計算芯片、智能傳感器、儲能設(shè)備等領(lǐng)域都展現(xiàn)出了巨大的應(yīng)用潛力和市場前景。

未來，隨著對高性能材料需求的不斷增加，納米晶合金將在AI產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域發(fā)揮更為重要的作用，從高性能計算芯片到智能傳感器，為智能技術(shù)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的材料支撐。

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