De telles simulations ont mis en lumière les caractéristiques microstructurales qui entravent la coercivité, qui quantifie la résistance d'un aimant à la démagnétisation dans des champs magnétiques opposés. De nouveaux modèles basés sur la tomographie devraient guider le développement d'aimants permanents durables offrant des performances ultimes.

La production d'énergie verte, le transport électrique et d'autres industries de haute technologie dépendent fortement d'aimants permanents hautes performances, parmi lesquels les aimants Nd-Fe-B sont les plus puissants et les plus demandés. La coercivité des aimants industriels Nd-Fe-B est jusqu’à présent bien inférieure à sa limite physique. Pour résoudre ce problème, des simulations micromagnétiques sur des modèles réalistes des aimants peuvent être utilisées.

Une nouvelle approche pour reconstruire la microstructure réelle des aimants Nd-Fe-B à grains ultrafins dans des modèles à grande échelle est proposée dans cette recherche, maintenant publiée dans la revue npj Computational Materials. .

Plus précisément, les données tomographiques d'une série d'images 2D obtenues par microscopie électronique à balayage (MEB) en combinaison avec un polissage par faisceau d'ions focalisé (FIB) cohérent peuvent être converties en un modèle d'éléments finis 3D de haute qualité.

Cette approche basée sur la tomographie est universelle et peut être appliquée à d'autres matériaux polycristallins répondant à un large éventail de problèmes liés à la science des matériaux.

Les simulations micromagnétiques sur les modèles basés sur la tomographie ont reproduit la coercivité des aimants Nd-Fe-B à grains ultrafins et expliqué son mécanisme. Les caractéristiques microstructurales pertinentes pour la coercivité et la nucléation de l'inversion de magnétisation ont été révélées.

Ainsi, le modèle développé peut être considéré comme un jumeau numérique des aimants Nd-Fe-B :une représentation virtuelle d'un objet conçue pour refléter avec précision sa physique.

Les jumeaux numériques proposés des aimants Nd-Fe-B sont suffisamment précis pour reproduire à la fois la microstructure et les propriétés magnétiques qui peuvent être mises en œuvre pour le problème inverse lors de la conception d'aimants permanents hautes performances à la demande.

Par exemple, lorsque les chercheurs saisissent les propriétés magnétiques requises pour une application spécifique (par exemple, moteur de traction ou à force magnétique variable), un pipeline de recherche basé sur des données avec des jumeaux numériques intégrés sera en mesure de proposer la composition, les conditions de traitement et la microstructure optimales de l'aimant pour cette application, réduisant considérablement le temps de développement.