在当今快速发展的科技时代，人工智能（AI）正在重塑各个行业的格局。而作为材料科学前沿的纳米晶合金，因其独特的微观结构和卓越的性能，正逐渐成为推动AI技术进步的重要助力。其中，纳米晶合金以其优异的性能，成为满足AI领域中软磁器件对高效能要求的新选择。

纳米晶合金带材

接下来，我们将深入探讨纳米晶合金的独特优势、它们在AI产业中的实际应用，以及未来的发展潜力。

什么是纳米晶合金？

要知道什么是纳米晶合金，首先要知道什么是非晶。金属在制备的过程中，如果在它的凝固过程中，用一个超快的冷却速度冷却，这个时候原子在杂乱无序的状态，还来不及重新排列就会瞬间被冻结，这时候形成的结构就是非晶态。

纳米晶是在非晶态的基础上，通过特殊的热处理，让它形成晶核并长大，但要控制晶粒大小在纳米级别，不要形成完全的晶体，这时形成的结构就是纳米晶。而纳米晶合金就是在非晶态合金中具有纳米尺寸晶体的软磁性材料。业界认为，纳米晶合金的发明是软磁材料的一个突破性进展，它的出现把非晶态合金研究开发又推向一个新高潮。

纳米晶合金磁性材料的TEM图像（来源：日本ケミコン）

纳米晶合金之所以受到重视，与第三代半导体逐步受到重用有关。因为软磁器件在电路中通常与半导体芯片配合使用，起到储能、传输和滤波的作用，是新一代电子电力器件能否高效运行的关键。其中，磁导率反映了软磁材料对外加磁场响应能力，是磁性器件在高频下使用的重要参数。目前配套第三代半导体的电子器件的高频化也对软磁材料在高频下的磁导率提出了更高的要求。

但是，目前常用的软磁材料的磁导率会随着频率的增加而迅速衰减，已经成为其应用中的主要障碍。而纳米晶合金和传统的软磁材料（如硅钢、铁氧体）相比，具有更优异的高频磁导率、较低的能量损耗，被认为是最有前途的下一代软磁材料，对实现高频电子器件以及高速电机的高效率、小体积和大功率的优势起着至关重要的作用。

纳米晶合金的制备

首先依旧是非晶合金的制备，其制备过程原理非常简单，就是将母合金融化后，通过喷嘴包喷射在一个高速旋转的冷却辊上，瞬间冷却形成像纸一样薄薄的带子。它有几个特点：

①高温，液态合金的温度基本在1400℃~1500℃，瞬间凝固到接近室温，需要极高的冷却速度，冷却速度达到了每秒百万度的级别。

②高速，就是喷带的速度也非常快，30m/s，高精度，喷出带材的厚度20-30μm，非常薄，这样的精度控制是通过喷嘴包下面的狭缝及辊嘴间距的设计实现的。

最后，纳米晶软磁合金是非晶态带材通过特殊的热处理工艺实现的——把具有特定成分的非晶态带材放进热处理炉里通过定向控制生成100纳米以内的晶粒，最终形成非晶和纳米晶的混合结构。

纳米晶合金在AI产业的发展前景

人工智能（AI）产业的发展离不开“算力”二字。AI模型的构建可分为两个阶段：第一阶段是利用超大算力和海量数据进行预训练模型的建立；第二阶段是在预训练模型的基础上进行针对性训练。这两个过程都涉及到大功率和高频计算，对算力的需求极其旺盛。

值得注意的是，高算力通常伴随着高功耗。例如，英伟达新一代GB200显卡的单板热设计功耗（TDP）已经达到1000W，供电电流超过1300A。在如此高功耗的背景下，金属软磁粉芯电感等软磁器件成为解决“高效电能传输、减少能量损耗”等挑战的重要手段。

随着技术的不断升级与迭代，软磁材料将在大功率算力设备中得到更广泛的应用，成为算力时代的“基础设施”。而纳米晶合金凭借其优异的强度、导电性和耐热性，在高性能计算芯片、智能传感器、储能设备等领域都展现出了巨大的应用潜力和市场前景。

未来，随着对高性能材料需求的不断增加，纳米晶合金将在AI产业的各个领域发挥更为重要的作用，从高性能计算芯片到智能传感器，为智能技术的发展提供强有力的材料支撑。

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