西安交大一附院世界首創(chuàng)全磁導(dǎo)航氣管插管技術(shù)    圖片來源：西安交大

非晶合金又稱液態(tài)金屬，是兼?zhèn)洳Ａ?、金屬、固體和液體特性的新型金屬材料，其抗彎強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性形變等均優(yōu)于常用材料。作為近20年來國內(nèi)外最炙手可熱的高新技術(shù)材料之一，非晶合金憑借自身突出的物理、化學(xué)和力學(xué)性能，一躍成為電子、電力、計算機(jī)以及通訊領(lǐng)域的關(guān)鍵材料。

我國的非晶合金研發(fā)起步于20世紀(jì)70年代，當(dāng)時美國、日本、蘇聯(lián)，以及德國、英國等歐洲國家是這個領(lǐng)域最活躍的國家。國外對于非晶核心技術(shù)一直處于全面封鎖的態(tài)勢，這更是加深了我國在這一新型材料領(lǐng)域的攻關(guān)難度?，F(xiàn)階段，我們已經(jīng)取得了該領(lǐng)域的重大突破，取得了舉世矚目的成果。

打破非晶核心技術(shù)封鎖，兩項(xiàng)商業(yè)應(yīng)用已遙遙領(lǐng)先

3年前，在華為第一款折疊屏手機(jī)發(fā)布會上，一貫尋找產(chǎn)品特色的余承東，用了一頁P(yáng)PT介紹了液態(tài)金屬，和用它制作的轉(zhuǎn)軸材料。至今，所有的廠商的折疊屏手機(jī)發(fā)布會上，這一轉(zhuǎn)軸材料從未缺席。

到目前為止，華為mate系列的鉸鏈配件是液態(tài)金屬在手機(jī)領(lǐng)域最大的應(yīng)用案例。正是由于液態(tài)金屬的加入，才能在厚度較小的情況下達(dá)到鉸鏈支撐折疊屏手機(jī)的強(qiáng)度和精度的要求，重點(diǎn)解決了折疊屏手機(jī)目前面臨的一個重大痛點(diǎn)——折痕，經(jīng)受住數(shù)十萬次的折疊測試。

根據(jù)IDC數(shù)據(jù)顯示，中國已躍升為全球最大的折疊屏智能手機(jī)市場，這一趨勢主要得益于折疊屏技術(shù)的不斷創(chuàng)新和改進(jìn)，使得手機(jī)屏幕能夠更加靈活地折疊和展開，提供更好的使用體驗(yàn)，液態(tài)金屬功不可沒。

在我們?nèi)粘Ｉ钪校苏郫B屏手機(jī)之外，最常見的應(yīng)用領(lǐng)域當(dāng)屬變壓器，甚至在國內(nèi)誕生了單品全球占有率最大、掌控全球一半產(chǎn)能的龍頭企業(yè)。

變壓器是電力輸配中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，發(fā)揮連接電網(wǎng)各環(huán)節(jié)的作用，輸配電過程中變壓器產(chǎn)生的較大電力損耗引起嚴(yán)重的電量浪費(fèi)。數(shù)據(jù)表明，2021年變壓器損耗達(dá)到了1628億度，約占輸配電損耗的40%，占全國發(fā)電量的2.6%。在節(jié)能減排的趨勢下，必須嘗試用新型材料來升級改造百億市場規(guī)模的變壓器，緩解電量浪費(fèi)的狀況。

近年來，從國家電網(wǎng)、南方電網(wǎng)等大型企業(yè)公開的招標(biāo)信息中發(fā)現(xiàn)，“非晶合金”類變壓器采購量較之前明顯增加。非晶變壓器較傳統(tǒng)硅鋼材料，空載損耗降低了60%—80%，具有節(jié)能效果先進(jìn)性、使用成本經(jīng)濟(jì)性的特點(diǎn)，對安全性、可靠性的要求較高，有望成為下游行業(yè)應(yīng)用主流。

伴隨著新能源汽車發(fā)展的不斷推進(jìn)，其應(yīng)用范圍也將不斷擴(kuò)大，將更多應(yīng)用于電動汽車、儲能系統(tǒng)、充電樁等新能源技術(shù)領(lǐng)域，為電能設(shè)備提供更多靈活的解決方案，從而為中國非晶合金變壓器行業(yè)帶來更多發(fā)展機(jī)遇。

現(xiàn)如今，經(jīng)過我們四十多年的奮斗，中國非晶合金產(chǎn)業(yè)不僅實(shí)現(xiàn)了從無到有的變化，甚至成功打破了國外非晶核心技術(shù)全面封鎖態(tài)勢，實(shí)現(xiàn)了非晶變壓器自主產(chǎn)業(yè)化，更利用這一新材料支撐起中國在全球折疊屏手機(jī)和變壓器市場的遙遙領(lǐng)先。

目前，我國的非晶合金科研人員占全球2/3，年輕研究人員水平越來越高，研發(fā)水平已超過日本和歐盟，與美國相當(dāng)，成為世界第一梯隊(duì)，相關(guān)專利申請量全球排名第一。2010年我國建成首個年產(chǎn) 4 萬噸鐵基非晶帶材生產(chǎn)基地，打破國外壟斷，成為第二個擁有非晶帶材產(chǎn)業(yè)技術(shù)的國家。

自2010年以來，我國鐵基非晶帶材產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用已經(jīng)有10多年時間，目前基本實(shí)現(xiàn)非晶合金產(chǎn)業(yè)全覆蓋。其中主要參與者包括安泰科技、云路股份、中研非晶、兆晶科技、江蘇國能、河南中岳等企業(yè)。據(jù)中國電器工業(yè)協(xié)會非晶合金分會大數(shù)據(jù)庫信息顯示，今年前三季度，我國鐵基非晶帶材產(chǎn)量接近10萬噸，占全球總產(chǎn)量約85%，成為全球最大的鐵基非晶合金產(chǎn)業(yè)國。

非晶合金走向縱深式發(fā)展，傳感器技術(shù)“四面開花”

傳感器技術(shù)作為信息技術(shù)的三大基礎(chǔ)之一，是當(dāng)前各發(fā)達(dá)國家競相發(fā)展的高新技術(shù)，已經(jīng)在智能交通、航天航空、消費(fèi)電子、工業(yè)智能測量、生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境監(jiān)測、電磁、軍事等多個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用場景。美國公布的最新版“關(guān)鍵和新興技術(shù)”清單里新增的技術(shù)類別就包括網(wǎng)絡(luò)傳感器技術(shù)，并加大在該領(lǐng)域?qū)χ袊募夹g(shù)封鎖，而我國也已將傳感器上升為國家經(jīng)濟(jì)和國家安全的戰(zhàn)略高度。

非晶合金因其材料具有獨(dú)特性質(zhì)，是各類傳感器企業(yè)視為競爭性的材料，紛紛關(guān)注并希望在新一代產(chǎn)品能用上非晶合金為其賦能。

近些年，科學(xué)家們對電子皮膚不斷進(jìn)行探索，因?yàn)樗谥悄軝C(jī)器人、仿生假肢、健康監(jiān)測等領(lǐng)域有巨大應(yīng)用前景。電子皮膚的基本單元是柔性應(yīng)變傳感器，然而現(xiàn)在的應(yīng)變敏感材料，由于導(dǎo)電性差、能耗高、制作工藝復(fù)雜、成本高等缺點(diǎn)，極大地限制了電子皮膚的實(shí)際應(yīng)用。所以，尋找新型應(yīng)變傳感材料迫在眉睫。

利用非晶合金材料的優(yōu)越特性，中國科學(xué)院物理研究所和中國科技大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)研制了一種新型柔性高性能應(yīng)變傳感器——非晶合金皮膚，表明非晶合金與傳感器技術(shù)的結(jié)合正在讓科幻變成現(xiàn)實(shí)。

更多的是，利用非晶絲作為關(guān)鍵磁敏材料制成的各種傳感器，相比市場成熟的并大量使用的磁阻傳感器而言，具有遲滯小、響應(yīng)速度快、分辨率高、靈敏度高、功耗低的優(yōu)勢，它的應(yīng)用已經(jīng)切入到更多細(xì)分領(lǐng)域，參與到高精尖科技的國際競爭中來。

此外，用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境磁場檢測的高靈敏度GMI磁傳感器已走進(jìn)市場，有效緩解實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部電磁環(huán)境污染帶來的負(fù)面影響。研究人員以鈷基非晶絲為核心敏感材料，采用非對角激勵方式測量磁場變化，相比于其他傳統(tǒng)磁傳感器具有明顯優(yōu)勢，可應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境磁場測量、地磁場探測、空間弱磁場探測等領(lǐng)域。

在俄烏沖突中，我們經(jīng)?？吹礁呔葘?dǎo)彈一詞，涉及到的地磁導(dǎo)航一直是軍方重點(diǎn)關(guān)注技術(shù)。相關(guān)軍迷提供的資料顯示，采用巨磁阻抗非晶絲研制成的高靈敏度、快速響應(yīng)、高溫度穩(wěn)定性、低功耗的微型GMI微磁傳感器實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的磁導(dǎo)引，當(dāng)三軸捷聯(lián)式GMI非晶絲磁強(qiáng)計分辨率提高到0.1nT可將磁導(dǎo)航的精度提高到1.5m左右。

的確，采用巨磁阻抗非晶絲研制成的微型GMI微磁傳感器可以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)、艦艇、軍車、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、炮彈和水下武器的地磁場全球定位和地磁場定向?qū)Ш胶偷卮牌ヅ渲茖?dǎo)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈、炮彈、炸彈、魚雷、巡航水雷等武器的磁導(dǎo)引，并對潛艇、隱形飛機(jī)、戰(zhàn)場部隊(duì)調(diào)動、甚至海底，電纜等進(jìn)行遙感磁探測。

非晶合金微磁傳感器在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也日益成熟，成為醫(yī)療電磁定位系統(tǒng)的重要組成部分，其性能直接影響到系統(tǒng)的定位精度，逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的X光檢查應(yīng)用于射頻消融手術(shù)，在免受輻射的同時準(zhǔn)確建立心臟三維模型、監(jiān)測記錄導(dǎo)管軌跡，提高手術(shù)的安全性。并在腫瘤穿刺、腎臟神經(jīng)介入、鼻飼管、超聲影像融合等其他醫(yī)療及科研領(lǐng)域的應(yīng)用也迅速擴(kuò)展。