新一代磁王诞生，铁氮永磁体将是马斯克下一杀器？无稀土电机来了
马斯克想要无稀土电机，那么他的工程师，就要找到一种全新的永磁材料来替代现有的钕铁硼。按照特斯拉一贯的作风，那么这种新的永磁同步电机大概率会采用一种前所未有的永磁体，就像它引领了碳化硅的潮流一样。
如果它不是通过优化转子结构，开倒车运回田养体，那么它极有可能是选择了下一代永磁材料铁氮永磁体。一个电子，它就是有磁性，而因为在每个轨道中，通常有两个字旋相反的电子，所以磁性是相互抵消的，所以我们看到的大部分物质都不会呈现比较强的磁性。
而如果某种元素的最外层是一个电子，那么这个落单的电子就会凸显出相对比较强的磁性，那么一般金属元素占大多数，如果我们让金属的晶体中，所有的原子磁距全部都转到一个方向，那么磁性就会大大增强，这就意味着它被磁化了，成为了一个磁性材料。
而为了增强磁性，人们发现在金属或者合金的晶体中加入一些稀土元素，就会在很大程度上提高所谓的磁晶各项异性，那么这个各项异性越明显。
这种材料被磁化到饱和后，它的剩磁、矫顽力和磁能积等参数就会越来越大，而目前为止，钕铁硼是我们能够找到的已经大规模商业化的磁性材料中性能最强的，没有之一。所以现在电动车，如果是搭载用同步电机的，那么基本上用的都是铝铁硼。
那么在这里，我们就知道了，如果要打造高性能的磁性材料，我们需要办两件事情，一个是尽可能的增大各项异性，一个是增加落单的电子数量。
那么前者带来的直接结果，就是矫顽力增强，矫顽力强大了，它就不容易被推辞，因为这个各相异性，它指的是一个晶体间不同的轴向冲刺的难度，那么如果各项异性很明显，这就意味着它沿着最难的那条轴，很难冲磁，那么需要很大的能量才可以很难把它给掰过来。
那么我们就是需要这样的材料，因为只有这样的材料在冲刺完毕后，它才不容易被外部磁查给掰回去，所以说各项异性要大，那么落单的电子数量决定了它的剩磁有多少，剩磁表示的是能够冲进多少的磁通量，那么这样的话，它的磁感线的密度就会更大一些。
稀土元素，比如说铝加入到铁和硼中以后，就会组成一个强大的熔磁体，而为了让它适应更高的温度，所以又加入了另外两种稀土，分别是镝和铽，这个时候，我们就想，去找到另外一种材料，能否不依赖稀土也能够增强各项异性？
那么这个就是铁氮永磁体，字面来看只有铁和氮都是非常廉价的材料，如果他们能够创造出高性能的永磁体，那么钕铁硼可以直接下岗，因为钕铁硼不仅价格高，而且很娇贵，容易被腐蚀，又不太好加工，所以但凡是铁氮能够普及，就没有钕铁硼什么事了。
但问题来了，为什么以前没有发现铁和氮组合在一起能够造磁铁？这么简单应该是早就普及了才对，就跟很多技术一样。其实铁氮永磁体的原理早就发现了，在年就有了一篇论文，然后在这个70年代和90年代，分别有两次兴盛世袭。
但是直到年以后，具体来说，就是它最近十年内，那么这个铁氮技术才正式被摆上台面，来作为潜在的钕铁硼的替代品。实际上我们对铁和氮这个组合非常熟悉，因为钢铁冶炼的时候最后会进行一步氮化处理，让氮气渗入到铁的经隔结构中，那么这样就能够增强钢铁的耐磨、耐高温和耐疲劳性，所以这两个元素在一起并不陌生。
但问题是铁和氮它们的合金体像有很多种，并不是每一种都有磁性，也并不是每一种都能够创造巨大的磁性，而碰巧那个可以创造出巨大磁性的体现，它却是一个亚稳态的铁氮反应中间项，很难长期保持稳定，所以铁氮永磁体被发现后的半个多世纪，依然没有实现大规模的商业化。
长期以来，我们一直在寻找一种低成本可以大规模量产的铁氮永磁体的制备方法，而要实现这个体相，叫做α—Fe16N2，这个就是铁氮永磁体中最小的unitcell晶格氮元，那么整个晶体都是以这个为最小单元不断的重复排列的。
转折点发生在年左右，美国明尼苏大大学的王建平教授，他的团队实现了突破，那么现在这家公司，也已经独立运作，是全球范围内铁氮永磁体的一个商业化的先导者。
那么我们来对比一下铁氮和铝铁硼的性能，主要从剩磁最大磁能机和各项异性常数来看，在剩磁方面，铁氮是达到了惊人的2.9T，而钕铁硼是1.4T，而在最大磁轮机方面，铁氮也是惊人的，而铁硼是50左右。
在各项异性长数方面，铁是1.8MJ/㎡，而钕铁硼是4.2MJ/㎡。这些数据，是我从不同的论文中提取出来的，仅供参考，为什么？因为无论是铁氮还是钕铁硼，它是一种永磁体的系列，它并不是所有的产品都是一模一样的参数，那么他们在不同的工艺中产生的效果不同，所以，仅供参考。
那么从这组数据中可以看出，在剩磁和磁能机方面，铁氮是有比较大的优势的，剩磁意味着它被磁化到饱和以后，磁性非常的强，磁感线密度很大，而磁能机意味着作为一个储能器，它能够存储更多的磁能，但是这个各项异性常数方面，铁氮目前就不占优势了。
这个常数，其实是沿着易轴和南轴冲磁的一个能量差，那么这个能量差越大就说明，它的角腕力越好，角腕力越好就越能够抵抗退磁，所以，本质上这个角腕力是在保护剩磁，那么如果说剩磁很大，角腕力不行的话，整体上应该说也不太行，尤其是在这个永磁同步电机中，工作温度非常高。
而且行车工况经常会遭遇震动和一些不可控的因素，那么加上转的磁场与定的磁场频繁的这个相互作用，永磁体会有一定概率发生退磁，而一旦开始退磁，为了产生同样的大的这个转距，定子绕阻的电流较加大，电流越大温度越高，于是就恶性循环，磁性越来越低。
所以在钕铁硼永磁体中，我们也会采取各种办法来防止它推辞，那么这个在电机的设计中是一个非常重要的课题，这么来看的话，铁氮貌似不占优势，因为各项异性长速低，这就意味着它的搅腕力很低，也就意味着抗退磁能力相对较低。
所以，很多铁氮永磁铁，还是会加入一些稀土元素来增加它的雌晶各项异性，就跟钕铁硼是一个道理，所以，这个稀土元素，还是真是很有用，那么这是否意味着铁氮路线也无法摆脱稀土？
当然不是的，其实，稀土元素确实是能够显著增强各项异性的，但这个本质，在于晶体结构学的设计，因为也看到一些论加镍子可接近铁硼的各项异性尝试，这项技术是已经成熟还不得而知。
总之目前来看，铁氮路线存在的最大问题就是它如果使用在电机中，那么搅弯力将是一大弱势，因为你虽然能够冲击很多的磁性，但是你保留磁性的能力不行，那就没法胜任高性能的永磁同步电机，所以铁氮永磁体目前是卡在了这个地方，也就是如何提升搅拌力，而这个背后的根本逻辑，就是要进一步研究它的晶隔结构，寻找一种可以增强各项异性的处理工艺。
应该说，相比70年代，90年代，如今的铁氮技术，已经实现了质的飞跃，距离大规模应用进入电动车仅有一步之遥。但是钕铁硼恒大的角腕力，这个性能，实在是太适合电机场景了，那么铁氮要想取代它，这个难度还是有的。
不过也要强调一下，那就是即便铁氮永磁体的脚腕里是个弱势，它也可以通过电机的结构设计来尽可能的找补，比如永磁体的厚度可以加大一些，那么一些构型设计，也可能会跟现在的转子不太一样，那么现阶段只要能够解决大规模量产的问题，先期在一些入门级的电动车上用，应该也是可以的。
特斯拉这几年，倾向于什么都自己做，电池的核心材料自己做，车载线控自己做，热泵、空调也是自己的专利，车身结构也开始往一体式的压度发展，那么接下来在永磁电机的永磁体这方面，它也肯定是做了相关的布局。这个方向，应该就是铁氮技术。