第一章　材料领域研究前沿及创新技术

第一节　材料领域的研究前沿

一、材料科学的新发展

1．材料科学的作用

能源、信息和材料是现代科技发展的三大支柱，而材料是高科技的物质基础，也是当今科学的前沿领域之一。随着现代科学技术的不断进步，各个领域对材料的需求量也在不断增加，对材料性能也提出了更高的要求，材料的形态也由三维转向二维、一维，甚至零维，向精密化和前沿化不断靠拢。

现代技术的发展为新材料的发展奠定了基础，材料发展历经简单到复杂、宏观到微观和经验为主到知识为主三种过程。

2．材料分子设计

近年来，材料结构和功能又得到深度开发，利用新技术可以弥补材料中的缺陷和不足，进一步完善制备工艺和手段。新技术的革命引发了新产业革命，红外技术、激光技术、电子技术和能源开发等新型技术对材料也提出了更高的要求，为了解决这些难题，材料科学正在逐步向多质合成、超级工艺和分子设计等方向发展。

分子设计主要是为了满足生产和生活的需要，综合运用了物理、化学、数学和生物等理论知识，再加上激光、计算机和电子等技术，辅以先进测试仪，用来研究材料的性能，或者利用原子理论预测材料在未来可能具备的性能，并根据需求设计新的分子和材料。如果这项技术能够得到完善，就可以改变材料的研制方法，让材料科学进入一个全新的时代。

3．复合材料研究

复合材料是材料发展的重点内容，主要包括金属基复合材料、陶瓷基复合材料、碳基复合材料和树脂基高强度材料。表面涂层也是一种复合材料，其适用范围广，且经济实用，拥有广阔的发展前景。复合材料是采用有机和无机的方法合成的，能够制造出耐热、耐腐蚀和使用寿命长的材料，已经取代了钢铁等金属，一跃成为新型结构材料。这些材料打破了单一材料的局限，通过扬长避短提升了性能。

4．信息功能材料及生物材料

信息功能材料可以增加材料品种、提升性能，主要包括半导体、红外、液晶和磁性材料等，这是信息产业发展的基础。

生物材料得到更广泛的应用，其一是生物医学材料，可用于修复人体器官、组织或血液；其二是生物模拟材料，譬如反渗透膜。低维材料具备体材料没有的性质，例如零维的纳米金属颗粒是电的绝缘体，纳米陶瓷具有较强的韧性和塑性。一维材料有有机纤维和光导纤维，二维材料有金刚石薄膜和超导薄膜，这些材料的应用前景一片光明。

5．传统材料加工新技术

材料科学的另一个发展方向是利用新科技改变材料的使用方法和制造手段，对传统材料进行加工重新利用，让新型材料拥有特殊的功能，以满足生物、能源、通信和航空等领域的需求。目前新材料领域出现了一门新学科——高分子智能材料，主要通过有机合成法合成，这种材料成为各国的研究新课题，也已经得到应用，不久的将来应该会进入日常生活当中。

此外，建立材料系统工程，建设好材料信息网，合理使用各种材料，综合考虑材料、环境和能源三方面，以达到节约能源和保护环境的目的，这也是材料技术亟须解决的问题。

二、复合材料研究前沿

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各组元材料的优点，克服单一组元材料的缺陷。复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料，根据基体种类可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料和碳基复合材料等，按增强（韧）相可分为颗粒增强复合材料、晶须增强复合材料或纤维增强复合材料。复合材料已广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、体育器材、医疗器械等领域，近几年更是得到了突飞猛进的发展。

1．金属基复合材料

金属基复合材料是包括颗粒增强、晶须增强、纤维增强金属基体的复合材料。金属基复合材料兼具金属与非金属的综合性能，材料的强韧性、耐磨性、耐热性、导电导热性及耐候性能适应广泛的工程要求，且比强度、比模量及耐热性超过基体金属，对航空航天等尖端领域的发展具有重要作用。在该类材料中，所用基体金属包括轻合金（铝、镁、钛）、高温合金与金属间化合物，以及钢、铜、锌、铅等；增强纤维包括炭（石墨）、碳化硅、硼、氧化铝、不锈钢及钨等纤维；增强颗粒包括碳化硅、氧化铝、氧化锆、硼化钛、碳化钛、碳化硼等；增强晶须包括碳化硅、氧化硅、硼酸铝、钛酸钾等。以上各种基体和增强体可组成大量金属基复合材料，但目前多数处于研发阶段，只有少数得到应用。

2．陶瓷基复合材料

陶瓷基复合材料（CMC）的增韧材料主要有碳纤维（CF）、碳化硅纤维（SiCF）、玻璃纤维、氧化物纤维，以及碳化物和氧化物颗粒等，基体材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。CMC种类繁多，由于其耐高温和低密度特性优于金属和金属间化合物，因而美国、英国、法国、日本等发达国家一直把CMC列为新一代航空发动机材料的发展重点，而连续纤维增韧的CMC是重中之重。

3．聚合物基复合材料

聚合物基复合材料（PMC）是以热固性或热塑性树脂为基体材料，由不同组成、不同性质的短切的或连续纤维及其织物复合而成的多相材料。常用的增强纤维材料有玻璃纤维、碳纤维、高密度聚乙烯纤维等。聚合物基复合材料密度低、比强度高、耐腐蚀、减振性能好、模量高、热膨胀系数低，是一种高性能工程复合材料，广泛应用于汽车、航空航天和军事等领域。

4．碳基复合材料

碳基复合材料也称碳/碳（C/C）复合材料，是以碳纤维增强碳基体的复合材料，其使用温度高达2000℃以上，密度低于2.0g/cm³，比强度是高温合金的5倍，是一种优秀的轻质高温结构材料。从20世纪60年代美国NASA的阿波罗登月计划实施以来，C/C复合材料已成为航空航天领域不可替代的高温结构材料。

当今，无论是火箭发动机喷管、导弹的再入防护，还是航空刹车副，C/C复合材料都是首选材料。很难想象，如果没有C/C复合材料的存在，世界航空航天事业能否会有今天这样的辉煌成就。

三、纳米材料研究前沿

1．纳米材料概况

纳米材料、纳米颗粒材料又称为超微颗粒材料，由纳米粒子（Nano Particle）组成。纳米粒子也叫超微颗粒，一般是指尺寸在1～100nm间的粒子，处在原子簇和宏观物体交界的过渡区域，从通常的关于微观和宏观的观点看，这样的系统既非典型的微观系统也非典型的宏观系统，是一种典型的介观系统，它具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应。当人们将宏观物体细分成超微颗粒（纳米级）后，它将显示出许多奇异的特性，即它的光学、热学、电学、磁学、力学以及化学方面的性质和大块固体时相比将会有显著的不同。

2．纳米材料应用

（1）纳米金属

对于高熔点、难成形的金属，只要将其加工成纳米粉末，即可在较低的温度下将其熔化，制成耐高温的元件，用于研制新一代高速发动机中能够承受超高温的材料。如纳米铁材料，是由6nm的铁晶体压制而成的，较之普通铁，强度提高12倍，硬度提高2～3个数量级，利用纳米铁材料，可以制造出高强度和高韧性的特殊钢材。

（2）“纳米球”润滑剂

“纳米球”润滑剂全称为原子自组装纳米球固体润滑剂，是具有二十面体原子团簇结构的铝基合金成分，并采用独特的纳米制备工艺加工而成的纳米级润滑剂。采用高速气流粉碎技术，精确控制添加剂的颗粒粒度，可在摩擦表面形成新表面，对机车发动机产生修复作用。其成分设计及制备工艺具有创新性，填补了润滑油合金基添加剂的技术空白。将纳米球应用于机车发动机，可以起到节省燃油、修复磨损表面、增强机车动力、降低噪声、减少污染物排放、保护环境的作用。

（3）纳米陶瓷

首先利用纳米粉末可使陶瓷的烧结温度下降，简化生产工艺，同时，纳米陶瓷具有良好的塑性甚至能够具有超塑性，解决了普通陶瓷韧性不足的弱点，大大拓展了陶瓷的应用领域。

（4）碳纳米管

碳纳米管（也称纳米碳管）的直径只有1.4nm，仅为计算机微处理器芯片上最细电路线宽的1%，其质量是同体积钢的1/6，强度却是钢的100倍，碳纳米管将成为未来高能纤维的首选材料，并广泛用于制造超微导线、开关及纳米级电子线路。

（5）纳米催化剂

由于纳米材料的表面积大大增加，而且表面结构也发生很大变化，使表面活性增强，所以可以将纳米材料用作催化剂，如超细的硼粉、高铬酸铵粉可以作为炸药的有效催化剂；超细的铂粉、碳化钨粉是高效的氢化催化剂；超细的银粉可以作为乙烯氧化的催化剂；用超细的Fe₃O₄微粒作为催化剂可以在低温下将CO₂分解为碳和水；在火箭燃料中添加少量的镍粉便能成倍地提高燃烧的效率。

（6）量子元件

制造量子元件，首先要开发量子箱。量子箱是直径约10nm的微小构造，当把电子关在这样的箱子里，就会因量子效应使电子有异乎寻常的表现，利用这一现象便可制成量子元件，量子元件主要是通过控制电子波动的相位来进行工作的，从而能够实现更高的响应速度和更低的电力消耗。另外，量子元件还可以使元件的体积大大缩小，使电路大为简化，因此，量子元件的兴起将引发一场电子技术革命。人们期待着利用量子元件在21世纪制造出16GB（吉字节）的DRAM，这样的存储器芯片足以存放10亿个汉字的信息。

（7）乳化剂

目前，已经研制出一种用纳米技术制造的乳化剂，以一定比例加入汽油后，可使轿车降低10%左右的耗油量。纳米材料在室温条件下具有优异的储氢能力，在室温常压下，纳米材料储存的氢能中约2/3可以释放，可以不用昂贵的超低温液氢储存装置。

3．纳米材料的应用

纳米技术基础理论研究和新材料开发等应用研究都得到了快速的发展，并且在传统材料、医疗器材、电子设备、涂料等行业得到了广泛的应用。在产业化发展方面，除了纳米粉体材料在美国、日本、中国等少数几个国家初步实现规模生产外，纳米生物材料、纳米电子器件材料、纳米医疗诊断材料等产品仍处于开发研制阶段。2010年全球纳米新材料市场规模达22.3亿美元，年增长率为14.8%。

（1）天然纳米材料

海龟在美国佛罗里达州的海边产卵，但出生后的幼小海龟为了寻找食物，却要游到英国附近的海域，才能得以生存和长大。最后，长大的海龟还要再回到佛罗里达州的海边产卵。如此来回约需5～6年，为什么海龟能够进行几万千米的长途跋涉呢？它们依靠的是头部的纳米磁性材料，为它们准确无误地导航。

生物学家在研究鸽子、海豚、蝴蝶、蜜蜂等生物为什么从来不会迷失方向时，也发现这些生物体内同样存在着天然纳米材料为它们导航。

（2）纳米磁性材料

实际应用中的纳米材料大多数都是人工制造的。纳米磁性材料具有十分特别的磁学性质，纳米粒子尺寸小，具有单磁畴结构和矫顽力很高的特性，用它制成的磁记录材料不仅音质、图像和信噪比好，而且记录密度比γ-Fe₂O₃高几十倍。超顺磁的强磁性纳米颗粒还可制成磁性液体，用于电声器件、阻尼器件、旋转密封及润滑和选矿等领域。

（3）纳米陶瓷材料

传统的陶瓷材料中晶粒不易滑动，材料质脆，烧结温度高。纳米陶瓷的晶粒尺寸小，晶粒容易在其他晶粒上运动，因此，纳米陶瓷材料具有极高的强度和高韧性以及良好的延展性，这些特性使纳米陶瓷材料可在常温或次高温下进行冷加工。如果在次高温下将纳米陶瓷颗粒加工成形，然后做表面退火处理，就可以使纳米材料成为一种表面保持常规陶瓷材料的硬度和化学稳定性，而内部仍具有纳米材料的延展性的高性能陶瓷。

（4）纳米传感器

纳米二氧化锆、纳米氧化镍、纳米二氧化钛等陶瓷对温度变化、红外线以及汽车尾气都十分敏感。因此，可以用它们制作温度传感器、红外线检测仪和汽车尾气检测仪，检测灵敏度比普通的同类陶瓷传感器高得多。

（5）纳米倾斜功能材料

在航天用的氢氧发动机中，燃烧室的内表面需要耐高温，其外表面要与冷却剂接触。因此，内表面要用陶瓷制作，外表面则要用导热性良好的金属制作。但块状陶瓷和金属很难结合在一起。如果制作时在金属和陶瓷之间使其成分逐渐地连续变化，让金属和陶瓷“你中有我、我中有你”，最终便能结合在一起形成倾斜功能材料，它的意思是其中的成分变化像一个倾斜的梯子。当用金属和纳米陶瓷颗粒按其含量逐渐变化的要求混合后烧结成形时，就能达到燃烧室内侧耐高温、外侧有良好导热性的要求。

（6）纳米半导体材料

将硅、砷化镓等半导体材料制成纳米材料，具有许多优异性能。例如，纳米半导体中的量子隧道效应使某些半导体材料的电子输运反常、电导率降低，热导率也随颗粒尺寸的减小而下降，甚至出现负值。这些特性在大规模集成电路器件、光电器件等领域发挥重要的作用。

利用半导体纳米粒子可以制备出光电转化效率高的、即使在阴雨天也能正常工作的新型太阳能电池。由于纳米半导体粒子受光照射时产生的电子和空穴具有较强的还原和氧化能力，因而它能氧化有毒的无机物，降解大多数有机物，最终生成无毒、无味的二氧化碳、水等，所以可以借助半导体纳米粒子利用太阳能催化分解无机物和有机物。

（7）纳米催化材料

纳米粒子是一种极好的催化剂，这是由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，使它具备了作为催化剂的基本条件。

镍或铜锌化合物的纳米粒子对某些有机物的氢化反应来说是极好的催化剂，可替代昂贵的铂或钯催化剂。纳米铂黑催化剂可以使乙烯的氧化反应的温度从600℃降低到室温。

（8）医疗上的应用

血液中红血球（也称红细胞）的大小为6000～9000nm，而纳米粒子只有几个纳米大小，实际上比红血球小得多，因此它可以在血液中自由活动。如果把各种有治疗作用的纳米粒子注入人体各个部位，便可以检查病变和进行治疗，其作用要比传统的打针、吃药的效果好。

碳材料的血液相溶性非常好，新型的人工心瓣都是在材料基底上沉积一层热解碳或类金刚石碳。但是这种沉积工艺比较复杂，而且一般只适用于制备硬材料。

介入性气囊和导管一般使用高弹性的聚氨酯材料制备，通过把具有高长径比和纯碳原子组成的碳纳米管材料引入高弹性的聚氨酯中，可以使这种聚合物材料一方面保持其优异的力学性质和容易加工成型的特性，另一方面获得更好的血液相溶性。实验结果显示，这种纳米复合材料引起血液溶血的程度会降低，激活血小板的程度也会降低。

使用纳米技术能使药品生产过程越来越精细，并在纳米材料的尺度上直接利用原子、分子的排布制造具有特定功能的药品。纳米材料粒子将使药物在人体内的传输更为方便，用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。通过纳米粒子的特殊性能在纳米粒子表面进行修饰形成一些具有靶向、可控释放、便于检测的药物传输载体，为身体的局部病变的治疗提供新的方法，为药物开发开辟了新的方向。

（9）纳米计算机

世界上第一台电子计算机诞生于1945年，一共用了18000个电子管，总重量30t，占地面积约170，可以算得上一个庞然大物了，可是，它在1s内只能完成5000次运算。

经过了半个世纪，由于集成电路技术、微电子学、信息存储技术、计算机语言和编程技术的发展，计算机技术有了飞速的发展。今天的计算机小巧玲珑，可以摆在一张电脑桌上，它的重量只有老祖宗的万分之一，但运算速度却远远超过了第一代电子计算机。

如果采用纳米技术来构筑电子计算机的器件，那么这种未来的计算机将是一种“分子计算机”，其袖珍的程度又远非今天的计算机可比，而且在节约材料和能源上也将给社会带来十分可观的效益。

（10）纳米碳管

1991年，日本的专家制备出了一种称为“纳米碳管”的材料，它是由碳原子组合而成的具有六边形环状结构的一种管状物，也可以是由同轴的几根管状物套在一起组成的。

这种由碳原子组成的管状物，直径和管长的尺寸都是纳米量级的，因此被称为纳米碳管。它的抗张强度比钢高出100倍，导电率比铜还要高。

在空气中将纳米碳管加热到700℃左右，使管子顶部封口处的碳原子因被氧化而破坏，成了开口的纳米碳管。然后用电子束将低熔点金属（如铅）蒸发后凝聚在开口的纳米碳管上，由于虹吸作用，金属便进入纳米碳管中空的部分。纳米碳管的直径极小，因此管内形成的金属丝也特别细，被称为纳米丝，它产生的小尺寸效应是具有超导性。因此，纳米碳管加上纳米丝后可能成为新型的超导体。

（11）家电上的应用

用纳米材料制成的纳米多功能塑料，具有抗菌、除味、防腐、抗老化、抗紫外线等作用，可用作电冰箱、空调外壳里的抗菌除味塑料。

（12）环境保护上的应用

环境科学领域将出现功能独特的纳米膜。这种膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。

（13）纺织工业上的应用

在合成纤维树脂中添加纳米SiO₂、纳米ZnO、纳米SiO₂复配粉体材料，经抽丝、织布，可制成杀菌、防霉、除臭和抗紫外线辐射的内衣和服装，可用于制造抗菌内衣、抗菌用品，可制得满足国防工业要求的抗紫外线辐射的功能纤维。

（14）机械工业上的应用

采用纳米材料技术对机械关键零部件进行金属表面纳米涂层处理，可以提高机械设备的耐磨性、硬度和使用寿命。

4．纳米技术的发展

随着各国对纳米技术应用研究投入的加大，纳米新材料产业化进程将大大加快，市场规模将有明显增长。纳米粉体材料中的纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米氧化硅等几个产品已形成一定的市场规模。

纳米陶瓷材料、纳米纺织材料、纳米改性涂料等材料也已开发成功，并初步实现了产业化生产，纳米粉体颗粒在医疗诊断制剂、微电子领域的应用正加紧由实验研究成果向产品产业化生产方向转移。

四、能源工业新材料研究前沿

1．石墨烯基重防腐涂层实现电力设施长效防腐

目前，人们在防腐蚀方面的最新发现之一就是石墨烯。常用的聚合物涂层很容易被刮伤，从而使其保护性能降低。而石墨烯作为保护膜，能显著延缓金属的腐蚀速率。基于石墨烯的这种特性，实现石墨烯在铜基体中的均匀分散和两相界面的良好结合，目前已经在研制两种体系高性能石墨烯基重防腐涂层——高导热石墨烯基重防腐涂层和石墨烯基导电涂层，实现沿海地区变电站变压器、隔离开关、输电塔架、变电站接地网等输、变电设施设备的长效防腐。

而将石墨烯材料与有机高分子防腐涂料结合起来，可获得环保、低成本、高效、便于施工的重防腐材料与技术。在输电设备中使用石墨烯基新型碳材料后，可平稳提升线路输电能力、保障输电安全，显著延长输电塔架、线路等输、变电设备的服役寿命，将传统镀锌层输电塔架在海洋大气区和工业区的防护寿命提高6年以上，减少维修检修次数和维修频率，确保输电安全。目前石墨烯基电力杆塔导电重防腐新型涂料已经研制成功，并在镇海、北仑、鄞州等区域使用，效果良好。

2．风电叶片涂料用树脂研究进展

目前市场上的风电叶片材料主要是纤维增强的环氧树脂和不饱和聚酯。风力发电机组运行时会遭受诸多恶劣环境，如温差大、光照强、风沙磨损、酸雨腐蚀以及冰雪侵袭，而叶片在高速运转时，叶尖速率一般会超过100m/s，未经防护的叶片长期暴露在自然环境中，会很快磨损、老化并产生粉化现象，直至发生断裂。另外，大型叶片的吊装耗时且昂贵，一般需要其运行10年以上才进行一次维护。目前最简单有效的防护方法是采用涂料进行保护。不同环境对风电叶片防护涂料的要求也不一样，主要有两种。

① 内陆用防护涂料

目前90%以上的风电机组都是在陆地上工作，所处的工作环境往往光照强、风沙及温差大，比如我国西部地区。这就要求叶片防护涂料必须具有优异的耐候性、耐冲击性、耐磨性及高低温柔韧性。此外，这些地方冬季往往比较寒冷，雨雪天气较多，叶片覆冰严重影响发电效率，并且会大大缩短叶片的使用寿命，因此防覆冰性能也是一个很重要的指标。

② 海上用防护涂料

海洋拥有巨大的风力资源，欧洲国家在海上风电方面走在世界前列。2011年，包括英国、丹麦、荷兰、比利时等在内9个国家的49个风电场，总共1247架海上风电机组发电3.294GW。2014年，海上累计装机容量已达到8.771GW。预计到2020年，海上风电装机总量将达到40～55GW，占欧洲用电需求的10%，到2030年将增大至17%。未来的海上风电将会成为发展最为迅速的新能源技术。我国海上风电正处于快速发展中，如在建的上海东海大桥和临港海上风电场。因为受到海洋环境的影响，海上风电防护涂料除需具有优异的耐候性及高低温柔韧性外，还需要极佳的防腐性能。此外，优异的防覆冰性能也是必不可少的。

对风电叶片涂料来说，树脂的选择至关重要，聚氨酯树脂（包括丙烯酸聚氨酯）在高低温柔韧性、耐磨性、防风沙雨蚀方面表现优异，但是在耐候性及防覆冰性能方面不如有机氟硅树脂，而环氧树脂则可以提供优异的防腐性能及层间附着力。

因此，单独使用一种树脂所能达到的性能总是有限的，针对不同树脂的优缺点，合理搭配使用而制成的配套涂层体系往往可以达到更优异的防护效果。

五、其他新材料

1．能源材料

能源材料主要有太阳能电池材料、储氢材料、固体氧化物燃烧电池材料等。

太阳能电池材料是新能源材料，IBM公司研制的多层复合太阳能电池，转换率高达40%。

氢是无污染、高效的理想能源，氢的利用关键是氢的储存与运输，美国能源部在氢能研究经费中，大约有50%用于储氢技术。氢对一般材料会产生腐蚀，造成氢脆及渗漏，在运输中也易爆炸，储氢材料的储氢方式是其能与氢结合形成氢化物，当需要时加热放氢，放完后又可以继续储存氢。储氢材料多为金属化合物，如LaNi₅H、Ti_1.2Mn_1.6H₃等。

固体氧化物燃料电池的研究十分活跃，关键是电池材料，如固体电解质薄膜和电池阴极材料，还有质子交换膜型燃料电池用的有机质子交换膜等。

2．智能材料

智能材料是继天然材料、合成高分子材料、人工设计材料之后的第四代材料，是现代高新技术新材料发展的重要方向之一。国外在智能材料的研发方面取得很多技术突破，如英国宇航公司的导线传感器，用于测试飞机蒙皮上的应变与温度情况；英国开发出一种快速反应形状记忆合金，寿命期具有百万次循环，且输出功率高，以它做制动器时、反应时间仅为10分钟；形状记忆合金还已成功应用于卫星天线等、医学等领域。

另外，还有压电材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件材料等功能材料。

3．磁性材料

磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料两类。

（1）软磁材料

软磁材料是指那些易于磁化并可反复磁化的材料，但当磁场去除后，磁性即随之消失。这类材料的特性标志是：磁导率（μ＝B/H）高，即在磁场中很容易被磁化，并很快达到高的磁化强度；但当磁场消失时，其剩磁很小。这种材料在电子技术中广泛应用于高频技术。如磁芯、磁头、存储器磁芯；在强电技术中可用于制作变压器、开关、继电器等。常用的软磁体有铁硅合金、铁镍合金、非晶金属。

Fe-（3%～4%）Si的铁硅合金是最常用的软磁材料，常用作低频变压器、电动机及发电机的铁芯。铁镍合金的性能比铁硅合金好，典型代表材料为坡莫合金（Permalloy），其成分为79%Ni-21%Fe，坡莫合金具有高的磁导率（磁导率为铁硅合金的10～20倍）、低的损耗，并且在弱磁场中具有高的磁导率和低的矫顽力，广泛用于电讯工业、电子计算机和控制系统方面，是重要的电子材料。非晶金属（金属玻璃）与一般金属的不同点是其为非晶体。它们是由Fe、Co、Ni及半金属元素B、Si 所组成，其生产工艺要点是采用极快的速率使金属液冷却，使固态金属获得原子无规则排列的非晶体结构。非晶金属具有非常优良的磁性能，它们已用于低能耗的变压器、磁性传感器、记录磁头等。另外，有的非晶金属具有优良的耐蚀性，有的非晶金属具有强度高、韧性好的特点。

（2）永磁材料（硬磁材料）

永磁材料经磁化后，去除外磁场仍保留磁性，其性能特点是具有高的剩磁、高的矫顽力。利用此特性可制造永久磁铁，可把它作为磁源。如常见的指南针、仪表、微电机、电动机、录音机、电话及医疗等方面。永磁材料包括铁氧体和金属永磁材料两类。

铁氧体的用量大、应用广泛、价格低，但磁性能一般，常用于一般要求的永磁体。

金属永磁材料中，最早使用的是高碳钢，但磁性能较差。高性能永磁材料的品种有铝镍钴（Al-Ni-Co）、铁铬钴（Fe-Cr-Co）和稀土永磁，如较早的稀土钴（Re-Co）合金（主要品种有利用粉末冶金技术制成的SmCo₅和Sm₂Co₁₇）广泛采用的钕铁硼（Rb-Fe-B）稀土永磁，钕铁硼稀土永磁材料不仅性能优异，而且不含稀缺元素钴，所以成为高性能永磁材料的代表，已用于高性能扬声器、电子水表、核磁共振仪、微电机、汽车启动电机等。