德國薩爾蘭大學（Universit?t des Saarlandes）的科研團隊正在測試一種名為“金屬玻璃”的新型材料，旨在替代傳統(tǒng)電機中的鐵基合金。這項研究的核心目標是減少電機運行時的能量損耗，從而顯著提升電動自行車、無人機等電池供電設備的能效與續(xù)航表現(xiàn)。雖然電機被視為高效設備，但在實際運行中，部分電能仍會轉(zhuǎn)化為熱能，這種損耗在小型電機中尤為明顯，直接限制了設備的性能上限。

電機的工作原理依賴于不斷變化的磁場驅(qū)動內(nèi)部部件旋轉(zhuǎn)。在微觀層面，電機金屬內(nèi)部的微小磁疇（類似微型指南針）必須隨著磁場變化不斷重新排列。這一過程每秒發(fā)生無數(shù)次，導致材料內(nèi)部產(chǎn)生摩擦，進而造成能量以熱量形式散失。教授拉爾夫·布施（Ralf Busch）指出，電機尺寸越小，這種相對效率損失越嚴重，這對依賴電池的小型設備構(gòu)成了主要瓶頸。

傳統(tǒng)電機關(guān)鍵部件通常采用鐵合金，其原子排列呈現(xiàn)規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu)。這種有序的晶格在磁疇重新排列時構(gòu)成了物理障礙，增加了磁疇運動的阻力，導致顯著的“鐵損”。相比之下，金屬玻璃的原子排列是無序的，不存在晶體結(jié)構(gòu)。這種獨特的非晶態(tài)結(jié)構(gòu)使得磁疇在磁場變化時能夠更自由地移動，大幅減少了內(nèi)部摩擦和能量損耗，使電機在運行中更涼爽、更高效。

盡管單一材料的改進看似微小，但由于電機廣泛應用于數(shù)十億臺設備中，其累積效應巨大。降低能耗意味著設備耗電量減少、電池壽命延長、發(fā)熱量降低以及移動設備續(xù)航里程顯著增加。布施教授強調(diào)，僅通過材料替換，就能有效降低眾多電氣設備的能源消耗，特別是對于電動自行車和無人機等對重量和續(xù)航敏感的應用場景。

在制造工藝方面，研究團隊利用先進的金屬3D打印技術(shù)（激光粉末床熔融技術(shù)）制造電機部件。新合金含有70%至80%的鐵，通過激光熔化精細金屬粉末，以約50微米的層厚逐層構(gòu)建復雜部件。這種技術(shù)使得完全由金屬玻璃制成的電機組件成為可能，為工業(yè)化生產(chǎn)復雜形狀的磁性部件提供了新路徑。

研發(fā)過程充滿挑戰(zhàn)。團隊測試了數(shù)百種合金配方，許多因冷卻后重新結(jié)晶或無法適應3D打印工藝而被淘汰。部分合金甚至包含多達五種金屬元素，組合空間巨大。經(jīng)過反復篩選，研究人員Zui終確定了三種既能保持玻璃態(tài)穩(wěn)定性又適合3D打印的合金配方。

該研究隸屬于歐盟“AM2SoftMag”項目，獲得了350萬歐元的“地平線歐洲”先鋒計劃資助，項目周期從2022年持續(xù)至2026年。參與方包括德國、西班牙、意大利和波蘭的研究機構(gòu)及企業(yè)，其中工業(yè)合作伙伴負責3D打印部件的量產(chǎn)，其他機構(gòu)則專注于材料磁性特性的深入分析。此前，布施團隊開發(fā)的多種高強度合金甚至已在國際空間站（ISS）的微重力環(huán)境下進行過測試，為理解金屬行為提供了寶貴數(shù)據(jù)。

從基礎科學到工業(yè)應用的跨越是當前的關(guān)鍵。研究團隊致力于開發(fā)可規(guī)?；a(chǎn)的電機部件，若成功，將推動電機能效的實質(zhì)性飛躍。金屬玻璃的應用不僅能讓電機減少能量浪費，更能讓電池在相同容量下提供更持久的動力，為綠色出行和高效電子設備的未來奠定材料學基礎。

中國作為全球Zui大的電動自行車生產(chǎn)國和電機應用市場，在材料創(chuàng)新與制造工藝融合方面擁有廣闊前景。國內(nèi)企業(yè)可關(guān)注非晶合金在精密電機領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化機會，結(jié)合本土成熟的3D打印產(chǎn)業(yè)鏈，探索高性能、低損耗電機部件的自主制造，從而在下一代高效能電動交通工具競爭中占據(jù)技術(shù)高地。