研究人员针对高频软磁材料的开发需求，提出了一种综合策略，通过对纳米铁粉的晶体结构、表面化学及复合体系进行精准调控，实现了材料性能的提升。实验采用液相还原法合成铁基纳米颗粒，并通过调节还原剂浓度与滴定动力学，确定了硼氢化物比例为1:5的最佳条件，获得了尺寸均匀（85-99 nm）、链状排列且具有高结晶度的纳米铁粉，其饱和磁化强度（Ms）达到145.8 emu g−1。提高滴定速率可显著提升晶粒尺寸（由约2 nm增至约8 nm），同时保持体心立方铁相（bcc Fe）。表面磷酸化处理形成致密的磷酸铁（FePO4）壳层，有效抑制氧化并提高磁性能稳定性，使分散态粉末的Ms从21.4提升至68.3 emu g−1。将优化后的纳米铁粉与粒径为8.2 μm的商用Fe–Si微球按20 wt%比例复合，所制微纳软磁复合材料在1 kHz下的实部磁导率（μ′）为32，在5 MHz下仍保持在27，同时磁损耗（μ″）在研究频率范围内稳定在约14。该工作表明，表面工程结合微纳复合结构设计能够显著改善软磁材料的高频响应，为高频电磁器件的应用提供了可行途径。
本研究发表于《Materials Chemistry and Physics》，聚焦于高频软磁材料的结构与性能调控。当前，铁基纳米材料因具有高比表面积、可调磁性能和独特表面反应性，已在电磁器件、催化、环境修复和生物医学等领域获得广泛关注。然而，零价铁（Fe0 ）纳米颗粒在应用中面临易氧化、表面不稳定及磁偶极聚集导致的团聚问题，限制了其在高频器件中的性能表现。已有研究多在单一环节（合成或表面改性）进行优化，缺乏将纳米颗粒制备、表面化学调控与复合结构组装整合的策略，也未充分揭示合成路径、表面化学与磁性能之间的系统性关联。为此，研究人员开展了集成化的表面工程与微纳复合设计，旨在实现结构可控、稳定性强且高频性能优异的软磁复合材料。
关键技术方法方面，研究人员采用液相化学还原法，以氯化亚铁（FeCl2 ）为前驱体、硼氢化钠（NaBH4 ）为还原剂，在聚乙烯吡咯烷酮（PVP）辅助下实现原位聚合物包覆，并通过磷酸（H3 PO4 ）处理构建磷酸盐壳层，最后利用聚丙烯酸（PAA）辅助球磨改善分散性。微米级基体选用商用Fe–Si合金微球（粒径约8.2 μm），与纳米铁粉按不同比例物理混合制备微纳复合软磁材料。
研究结果显示：
Nano-iron powders with different reducing agent concentrations — 通过X射线衍射（XRD）分析发现，随着硼氢化物浓度的增加，纳米铁粉的晶粒尺寸逐渐增大，所有样品均保持体心立方铁相（bcc Fe），且在1:5条件下获得最佳结晶度与均匀性。
Surface phosphatization — 磷酸化处理形成致密FePO4 壳层，有效抑制氧化并提升磁性能稳定性，分散态粉末的Ms 显著提高。
Micro-nano hybrid composites — 将20 wt%优化纳米铁粉与Fe–Si微球复合，材料在1 kHz至5 MHz频率范围内表现出增强的实部磁导率（μ′）与稳定的磁损耗（μ″），证实微纳复合结构可有效改善高频磁响应。
在讨论部分，研究人员指出，集成化的合成—表面工程—复合策略克服了传统分步处理的局限，实现了纳米铁粉结构、表面化学与宏观磁性能的协同优化。该方法不仅提升了材料的高频磁导率，还增强了抗氧化稳定性，为软磁复合材料的设计与应用提供了新的技术路线。研究结论表明，通过精确控制还原剂浓度、滴定速率及表面化学改性，可获得兼具高结晶度、稳定分散性和优异高频磁性能的微纳软磁复合材料，为下一代高频电磁器件的材料研发奠定了理论与实验基础。
打赏
