一、納米晶軟磁合金材料特性及制備技術
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1. 什么是納米晶？
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首先要知道什么是非晶。金屬在制備的過程中，從液態到固態是個自然冷卻慢慢凝固的過程。這個過程中原子會自行重新有規則的排列，這時形成的結構就是晶體，實際上是多晶的結構。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。
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2. 非晶是如何制備的？
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非晶的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，但是整個工藝實現起來難度非常大，它有幾個特點：
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。
高速，除了冷卻速度快外，就是噴帶的速度也非常快，30m/s，這就好比一顆子彈剛剛飛出去的速度，而要把接近子彈速度的物體抓住是非常困難的。在1988年的時候，鋼研就實現了重大技術突破，帶材噴出的瞬間就被抓住，并實現了在線自動卷取，這項技術突破上了當年中國的十大科技新聞。
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。
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3. 納米晶合金的制備方法
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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。首先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，實際上形成的是非晶和納米晶的混合結構。
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4. 納米晶合金的優點
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納米晶和鈷基非晶、鐵氧體相比，它具有飽和磁感高，可以減小磁性器件體積。磁導率高，損耗小，矯頑力小，可以降低磁性器件損耗，因此，納米晶合金是高頻電力電子應用中的最佳軟磁材料。
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5. 納米晶合金的特性
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當前無線充電Qi標準的頻率在100-200k之間，在此頻率下，納米晶的磁導率和鈷基非晶的磁導率非常的接近，明顯高于鐵基非晶和鐵氧體，而損耗卻恰恰相反，明顯低于鐵基非晶和鐵氧體。
納米晶在溫度應用方面也有優勢，納米晶不僅在應用溫度比鈷基非晶和鐵氧體都要寬外，在-40℃-120℃范圍內，納米晶的穩定性也明顯優于鐵氧體。
在磁性材料設計方面納米晶也具備明顯的優勢，納米晶可以定向控制磁導率和抗飽和磁場。納米晶的磁導率可在1000-30000內隨意可調。磁性材料的設計，要求在特定的工作電流下，不要達到磁飽和，一旦達到磁飽和，就會停止工作，納米晶可調抗飽和磁場可達30~350A/m，使得無線充電的應用范圍更寬。無線充電用導磁片是定制化產品，每一個項目的要求都不同，從2015年至今，安泰已經做了不下十余款量產產品，沒有一款性能要求是相同的，都需要特殊的設計和匹配。無線充電模組就好比是為手機精心設計的一把鎖，納米晶導磁片就好比是打開這把鎖的鑰匙，一把鑰匙配一把鎖，納米晶可實現最佳匹配。
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6.幾種
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鐵基納米晶與鐵基非晶、鈷基非晶、鐵氧體之間的比較：
飽和磁通密度：鐵基納米晶除了比鐵基非晶略低一點外，明顯優于鈷基非晶和鐵氧體；
在矯頑力、初始磁導率、飽和磁致伸縮系數、居里溫度、性能變化率等方面納米晶全面優于其他材料，因此，納米晶是最佳的軟磁材料。
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二、納米晶軟磁合金技術與產業發展歷程
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國際上，非晶金屬是由美國人在1960年無意間發現的，直到1989年美國聯合信號公司做成產業，規模達到萬噸級，之后于2003年將非晶業務賣給了日立金屬，目前在非晶方面，日立金屬產業化規模最大，安泰科技僅次于日立金屬，全球第二。
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納米晶是1988年日立金屬的Yoshizawa 等發明了納米晶合金，命名為Finemet，同年實施產業化，1994年實現千噸級規模。1992年德國VAC納米晶產品進入市場，命名為VITROPERM。2003年安泰科技建成百噸級生產線，產品命名為Antainano，到2013年完成千噸生產線擴建，達到全球產業化規模最大，成為國際三大非晶、納米晶帶材制造商之一。
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國內非晶合金的研究始于1975年，到1988年鋼鐵研究總院建成了百噸級的生產線，當年還實現了一個重大突破，就是在線卷取，具備了基本產業化雛形。1995年成立了國家非晶微晶合金工程技術研究中心，成為中國非晶、納米晶技術研究的先驅。直到1998年安泰科技成立，并建成了千噸級非晶帶生產線，才真正走向產業化，2010年獨立自主建成了萬噸級非晶帶材生產線，2013年又完成了千噸級高端納米晶帶材生產線的建設，是國內非晶、納米晶行業的領軍企業。
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三、納米晶的發展趨勢
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隨著電子產品正在向高頻、節能、小型、集成化方向發展，應用頻率也在不斷提高，帶材一代代更新。從最初的傳統制帶工藝（國內現有生產水平）厚度22-30μm，到現在帶材發展到三代、四代，用先進制帶工藝（國際先進生產水平）可做到14-22μm。而且掌握了更薄的制帶技術。納米晶帶材的發展趨勢就是超薄帶。
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1. 超薄納米晶帶特性
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帶材越薄損耗越低
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2. 導磁片批量化生產工藝變革
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從2015年導磁片批量化生產以來，工藝不斷變革，由片材逐漸過渡到卷材，大幅提高生產效率，滿足不斷增長的需求。
四、納米晶軟磁合金在無線充電中的應用
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無線充電在手機已經有普及的趨勢，三星和蘋果已經形成標配了，在穿戴領域也有很多產品，未來在家里、辦公室、公共場所、出行工具、交通都會有無線充電的普及，未來還會有電動汽車的普及。
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1. 無線能量傳輸（WPT）：智能手機、智能穿戴（小功率）
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無線充電的結構類似于變壓器，由發射端和接收端構成，發射端和接收端都是由線圈和磁性材料構成，磁性材料有不同的選擇，有鐵氧體、非晶、納米晶等。
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2. 軟磁屏蔽材料在無線充電中的作用
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隔磁屏蔽：為磁通量提供一條低阻抗通路，降低向外散發的磁力線，減少對周圍金屬物體的影響，防止產生渦流和信號干擾。
導磁降阻：提高耦合系數，提升磁電轉換效率，使用更少的匝數來實現更高電感的線圈，降低線圈電阻，減少發熱帶來的效率降低（匝數越多，電阻越高）。
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3. 常用軟磁屏蔽材料類型：
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4. 納米晶導磁片充電效率比較：
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模擬真實場景，在同等條件下進行對比測試，采用不同厚度的納米晶導磁片和不同磁導率、不同厚度的鐵氧體做了充電效率比較。隨著厚度的增加，充電效率在不斷提升，但納米晶不是越厚越好，到0.1mm時基本飽和，因此，在設計無線充電模塊時，納米晶導磁片不需要做的太厚，會增加材料成本。鐵氧體的規律與納米晶類似，磁導率越高，充電效率越高，厚度越厚，充電效率也越高，但在同等充電效率下，納米晶磁片的厚度僅為鐵氧體的一半。
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5. 智能手機無線充電發展歷程
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2012年諾基亞推出無線充電手機Lumia 920，所用的磁性材料是硬質鐵氧體。2013年一款銷往海外的手機HiKe 868設計了無線充電和NFC的集成，配備的磁性材料是WPC-鐵氧體（剛性） 、NFC-鐵氧體（柔性）。2015年手機無線充電發生了里程碑式的變化，三星推出首款無線充電旗艦手機Galaxy S6，不僅兼容兩種無線充電的標準，WPC和PMA，還配置了兩種支付標準NFC和MST，匹配用的軟磁屏蔽材料除了鐵氧體外，首次使用了非晶導磁片，使得手機不僅做的輕薄精美，還大幅提升了無線充電效率。到2016年三星又做了改進，把磁性材料全部換成了更加先進的納米晶導磁片，引領無線充電技術的變革，始終處于領先地位。從這幾年的發展歷程看，在功能上從單純的無線充電加上了NFC和MST近場通訊的功能。磁性材料則從鐵氧體逐漸過渡到納米晶。
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6. 應用案例
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納米晶在無線充電的應用是從S7開始，一種材料實現所有功能，取代了非晶和鐵氧體的組合。一般認為，用于NFC的軟磁材料，鐵氧體是最佳的，而認為納米晶不適合，因為在高頻，納米晶的損耗遠大于鐵氧體，但是三星恰恰做了突破，S7的成功應用證明了納米晶是可以用于NFC的，隨后的S8/N8/A7/J5/J7等眾多型號產品，將納米晶的應用從WPC擴展到NFC和MST。
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我們在發射端也做了一些嘗試，用納米晶導磁片做了幾款無線充電器產品，有多工位、多功能等特色產品，性能沒有任何問題，現在唯一的問題就是導磁片的成本比鐵氧體高。
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7. 手機無線充電發展趨勢：
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功能：WPC→WPC+NFC→WPC/Airfule+NFC
無線充電——無線充電+——隨意充
功率：5W→7.5W→10W→15W
慢充——普充——快充——閃充
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8. 導磁片發展趨勢：
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接收端：吸波材料→鐵氧體→非晶+鐵氧體→納米晶
納米晶導磁片：
薄——超薄: 0.14→0.12→0.11 →0.10
高磁導、低損耗——高Q
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9. 應用與普及：
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小功率：手機、智能穿戴等 ?
中功率：電腦、廚房家電等 ?
大功率：電動汽車、道路等基礎設施
未來，將是無線的世界，改變生活，改變世界。
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