在當今快速發展的科技時代，人工智能（AI）正在重塑各個行業的格局。而作為材料科學前沿的納米晶合金，因其獨特的微觀結構和卓越的性能，正逐漸成為推動AI技術進步的重要助力。其中，納米晶合金以其優異的性能，成為滿足AI領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特優勢、它們在AI產業中的實際應用，以及未來的發展潛力。

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，還來不及重新排列就會瞬間被凍結，這時候形成的結構就是非晶態。

納米晶是在非晶態的基礎上，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，這時形成的結構就是納米晶。而納米晶合金就是在非晶態合金中具有納米尺寸晶體的軟磁性材料。業界認為，納米晶合金的發明是軟磁材料的一個突破性進展，它的出現把非晶態合金研究開發又推向一個新高潮。

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，與第三代半導體逐步受到重用有關。因為軟磁器件在電路中通常與半導體芯片配合使用，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行的關鍵。其中，磁導率反映了軟磁材料對外加磁場響應能力，是磁性器件在高頻下使用的重要參數。目前配套第三代半導體的電子器件的高頻化也對軟磁材料在高頻下的磁導率提出了更高的要求。

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

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：

①高溫，液態合金的溫度基本在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嘴間距的設計實現的。

最后，納米晶軟磁合金是非晶態帶材通過特殊的熱處理工藝實現的——把具有特定成分的非晶態帶材放進熱處理爐里通過定向控制生成100納米以內的晶粒，最終形成非晶和納米晶的混合結構。

納米晶合金在AI產業的發展前景

人工智能（AI）產業的發展離不開“算力”二字。AI模型的構建可分為兩個階段：第一階段是利用超大算力和海量數據進行預訓練模型的建立；第二階段是在預訓練模型的基礎上進行針對性訓練。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，英偉達新一代GB200顯卡的單板熱設計功耗（TDP）已經達到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”等挑戰的重要手段。

隨著技術的不斷升級與迭代，軟磁材料將在大功率算力設備中得到更廣泛的應用，成為算力時代的“基礎設施”。而納米晶合金憑借其優異的強度、導電性和耐熱性，在高性能計算芯片、智能傳感器、儲能設備等領域都展現出了巨大的應用潛力和市場前景。

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產業的各個領域發揮更為重要的作用，從高性能計算芯片到智能傳感器，為智能技術的發展提供強有力的材料支撐。

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