科创中国

构建以新能源为主体的新型电力系统是满足国家“双碳”目标的重大战略工程，为实现新能源高比例消纳，迫切要求发展高频率、大容量的电力电子装备。纳米晶合金具备高饱和磁感、低损耗、高磁导率特性，是实现电力电子装备高频大容量化的关键材料。超薄低损纳米晶材料国外产品垄断，被欧、日限制出口，价值超20亿元/年，属于“卡脖子”技术，2015年被列入《中国制造2025》国家战略。同时，纳米晶磁性元件及测试技术、大容量电力电子装备制造技术落后，严重制约了我国电力电子装备的技术水平。 项目组历时7年攻关，在国家重点研发计划、国网公司科技项目、省科学基金项目支持下，在高频低损纳米晶合金成分及工艺控制、磁性元件设计及制造、样机研制及工程应用等方面取得重大突破，在世界首个基于柔性变电站的交直流配电网工程中实现应用。

1、提出了铁损、磁感、磁导率综合性能提升的Mn、P、Al等特征元素设计及调控方法，发展了非晶前躯体磁场诱导双各向异性的动态磁化理论，建立了Cu原子团簇-纳米级α-Fe晶粒-介观磁结构多尺度关联模型，实现了材料组织与性能的联动调控，开发了饱和磁感高达1.32~1.46T的高频纳米晶合金体系，为自主工业化生产奠定了基础。 2、开发了中间精炼合金成分精准控制、复合感应加热熔体均匀化处理及快速凝固控制技术，建立了千吨级宽幅超薄纳米晶连续化生产线，制备了宽度≥50毫米、厚度16-18微米、Bs≥1.32T、P0.5T/10kHz≤3.7W/kg高磁感、低损耗纳米晶工业化带材，实现了批量化稳定制备，解决了带材表面缺陷抑制、稳定化工业生产难题。 3、提出了满足电力电子装备实际工况的纳米晶材料高频非正弦服役磁特性测试方法，开发了多工况纳米晶带材一维、二维磁特性及铁心磁特性测试平台，建立了纳米晶合金产品技术条件、测试方法等国家标准，完善了高频纳米晶材料服役性能评价方法及技术指标评价体系。

构建以新能源为主体的新型电力系统是满足国家“双碳”目标的重大战略工程，为实现新能源高比例消纳，迫切要求发展高频率、大容量的电力电子装备。纳米晶合金具备高饱和磁感、低损耗、高磁导率特性，是实现电力电子装备高频大容量化的关键材料。超薄低损纳米晶材料国外产品垄断，被欧、日限制出口，价值超20亿元/年，属于“卡脖子”技术，2015年被列入《中国制造2025》国家战略。同时，纳米晶磁性元件及测试技术、大容量电力电子装备制造技术落后，严重制约了我国电力电子装备的技术水平。

项目授权发明专利24项，发表论文25篇，SCI 13篇，制定标准8项，含国标5项。研制的材料及元件应用于张北柔性变电站、低碳冬奥多能互补微电网等工程及光伏逆变器等电力电子装备中，元件用量超1200万只，材料用量超万吨，三年新增销售额5.5亿元。 项目相关成果被新华社、人民网、中国网等广泛报道，通过了中国电工技术学会组织的技术鉴定，以陈维江院士为主任委员的鉴定委员会认为，项目研发的高频纳米晶合金带材达到国际先进水平，解决了“卡脖子”问题，开发的磁特性测试平台和研制的铁心、高频变压器处于国际领先水平。

打破了国外技术垄断，实现高端纳米晶材料国产化替代。推动了国产高频低损纳米晶合金带材、大容量铁心的研发及国产化应用，成功打破了我国高端纳米晶合金长期被日立金属、德国VAC公司垄断的局面，迫使进口纳米晶元件价格降低约50%。

促进节能减排，提高环境友好性。与传统铁氧体变压器相比，纳米晶铁心高频变压器体积重量减小1/3~2/3、功率密度提高一倍以上，综合能效高。项目成果应用于新能源并网电力电子装备，促进清洁能源消纳，累计约1.2亿kWh，减少碳排放约4.7万吨，生态效益显著。

自行投资实施转化