分级纳米结构：开创铁磁材料的新时代

在现代科技的快速发展中，对高性能材料的需求日益增长，特别是在高温铁磁体领域。然而，传统合金设计理念往往面临着多重性能权衡的困境。近期，一项突破性研究提出了一种全新的分级纳米结构（Hierarchical Nanostructure, HNS）策略，成功打破了这些权衡，为制造多功能材料开辟了新的道路。

不同于传统合金设计，HNS策略通过特意引入的纳米分级结构，激活了多种微观机制来抵制畴壁运动和电子传输。以镨钴（PrCo5）铁磁体作为概念验证，研究团队实现了电阻率的显著提升，同时达到了最高的能量密度，并且具有卓越的矫顽力热稳定性，超越了现有的商用稀土磁体。

HNS设计理念的核心在于创建嵌入高密度亚结构的对齐纳米晶粒，并伴随原子尺度的局部成分变化。这种设计不仅能有效地抵抗畴壁运动和电子传输，实现高矫顽力和大电阻率，而且还能够保持高剩余磁化强度与高磁化率，实现高能量密度。

该研究开发的基于焦耳加热的约束变形技术，可以在几秒钟内快速合成完全致密的大规模块体材料，为制造具有可调纳米级和原子级特征的复杂块体HNS材料提供了一个强大平台。

所获得的HNS铁磁体具有高能量密度、高电阻率和优异的矫顽力热稳定性，超越了现有的高温铁磁体。这一成就不仅打破了长期存在的性能权衡困境，还为电动汽车的效率和安全性提供了显著提升。

虽然这项研究是概念验证，但它展示了HNS设计理念在铁磁材料中的应用潜力。通过丰富的纳米级界面效应和原子级散射同时调控HNS中的畴壁运动和电子传输，实现了高能量密度和高电阻率的独特结合。

研究人员相信，HNS策略的基本概念可以扩展到同时控制声子传输、光传播以及反应物传输，普遍适用于其他材料系统，如铁电、热电和催化材料等，这些材料都需要克服多重相互冲突特性。

该研究基于焦耳加热的约束变形技术为创建具有可调谐纳米尺度和原子尺度特征的块体HNS材料提供了快速制造平台，并促进了下一代多功能材料的技术应用。研究人员预计，这种快速、非平衡制造技术有可能应用于制造各种高性能材料，这些材料具有各种传统方法无法实现的亚稳结构和亚稳相。

分级纳米结构策略的提出，为高性能铁磁材料的开发提供了全新的设计理念。通过纳米分级结构丰富的界面效应激活多种功能机制，克服了创造多功能材料过程中的多重权衡。HNS铁磁体的成功开发，不仅在学术上具有重要意义，更为电动汽车、特殊传感器、循环器和致动器等领域的应用提供了强大的材料基础。随着这一策略的进一步研究和应用，我们将迎来一个多功能材料的新时代。