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AI突破稀土难题：67573种磁性材料数据库助力永磁体替代方案

景点排名 2025年11月10日 21:55 1 admin
AI突破稀土难题：67573种磁性材料数据库助力永磁体替代方案

信息来源：https://techxplore.com/news/2025-11-magnetic-materials-ai-rare-earth.html

全球对稀土元素的依赖正面临前所未有的挑战，而人工智能技术正在为这一关键问题提供解决方案。新罕布什尔大学研究团队利用先进的机器学习算法，成功构建了一个包含67573种磁性材料的综合数据库，其中发现了25种此前未被识别的高温磁性化合物。这一突破性成果发表在《自然通讯》杂志上，为减少全球对稀土永磁体的依赖开辟了新路径。

AI突破稀土难题：67573种磁性材料数据库助力永磁体替代方案

1 / 1用于构建和分析磁性材料数据库的工作流程。来源：自然通讯 （2025）。DOI：10.1038/s41467-025-64458-z

该项研究的核心创新在于将大语言模型应用于科学文献挖掘，通过自动化分析数万篇研究论文，系统性地提取磁性材料的关键实验数据。研究团队开发的AI系统能够识别材料的磁性特征，预测其居里温度——即材料失去磁性的临界温度，并将这些信息整合到名为"东北材料数据库"的可搜索平台中。

稀土永磁体目前广泛应用于电动汽车电机、风力发电机、智能手机扬声器和医疗设备等关键技术领域。然而，这些材料的生产高度集中在少数国家，特别是中国控制着全球90%以上的稀土加工能力。这种供应链集中不仅推高了成本，还创造了潜在的地缘政治风险。

物理学博士生苏曼·伊塔尼作为该研究的主要作者指出："通过加速发现可持续磁性材料，我们可以减少对稀土元素的依赖，降低电动汽车和可再生能源系统的成本，并加强美国的制造基础。"这一表态反映了美国在战略材料领域寻求供应链独立的迫切需求。

技术创新的深层影响

传统的磁性材料发现过程极其耗时且成本高昂。科学家需要在实验室中逐一测试不同元素的组合，这一过程可能涉及数百万种可能的化合物配方。即使是经验丰富的材料科学家，也难以预测哪些元素组合能产生理想的磁性特征。

新罕布什尔大学团队的AI系统彻底改变了这一研究范式。该系统能够自动读取和理解科学论文中的实验数据，识别材料成分、制备方法、测试条件和性能指标等关键信息。更重要的是，它可以识别论文中的图表和数据表格，将视觉信息转换为结构化数据。

物理学教授兼合著者臧佳东表示："我们正在应对材料科学中最困难的挑战之一——发现永磁体的可持续替代品。我们乐观地认为，我们的实验数据库和不断发展的人工智能技术将使这一目标成为可能。"

该数据库的建立还揭示了材料科学研究中的一些重要模式。分析显示，大多数现有的磁性材料研究集中在少数几类化合物上，而许多理论上可能具有优异磁性能的材料组合尚未得到充分探索。这种认识为未来的研究方向提供了重要指导。

在新发现的25种高温磁性化合物中，有几种显示出在400摄氏度以上仍能保持强磁性的特征。这一发现特别重要，因为许多工业应用，如汽车发动机舱内的传感器和航空航天设备，需要在极端温度条件下工作的磁性材料。

产业应用前景与挑战

这一技术突破对多个产业领域具有深远影响。在电动汽车领域，永磁同步电机是提高能效和续航里程的关键组件。目前这些电机主要依赖钕铁硼永磁体，但钕和镝等稀土元素的价格波动和供应不稳定性一直困扰着汽车制造商。

风力发电行业同样面临类似挑战。大型风力发电机的直驱式发电机需要使用大量永磁材料，一台5兆瓦的风力发电机可能需要使用超过1吨的稀土永磁体。随着全球可再生能源装机容量的快速增长，对这些材料的需求还将继续攀升。

然而，从实验室发现到工业化应用仍存在重大挑战。新发现的磁性材料需要经过严格的性能验证、成本分析和规模化生产测试。此外，许多有前景的替代材料可能包含其他稀缺或昂贵的元素，这可能限制其实际应用潜力。

制造工艺的优化也是关键挑战之一。稀土永磁体的制造涉及复杂的粉末冶金工艺，包括熔炼、粉碎、成型、烧结和表面处理等多个步骤。新材料可能需要完全不同的制造方法，这将要求相关企业进行大量的工艺开发投资。

市场接受度是另一个重要考量因素。现有的稀土永磁体经过几十年的优化，在性能和可靠性方面已经非常成熟。新材料要想获得市场认可，不仅需要在关键性能指标上达到或超越现有产品，还需要证明其长期稳定性和成本效益。

全球竞争格局的潜在变化

这一技术突破可能重塑全球磁性材料产业的竞争格局。目前，中国在稀土开采、加工和永磁体制造方面占据主导地位，这种优势地位为其在相关产业链中提供了重要的议价能力。

如果基于AI发现的新材料能够成功实现产业化，可能会减少全球对中国稀土供应链的依赖。这种变化将对多个国家的产业政策和投资策略产生重要影响。美国、欧盟、日本等发达国家已经将减少稀土依赖列为重要的战略目标。

同时，这一技术发展也可能促进更多国家参与磁性材料的研发和生产。许多拥有丰富铁、钴、镍等传统磁性元素资源的国家，可能有机会在新的产业格局中发挥更重要的作用。

值得注意的是，AI驱动的材料发现技术本身也具有重要的战略价值。掌握这种技术的国家和机构将在未来的材料科学竞争中占据有利地位。这可能促使更多国家加大对相关技术的投资和研发力度。

研究团队表示，他们计划继续扩展数据库的规模和功能，并探索将类似技术应用于其他类型功能材料的发现。博士后研究员张一波指出，支撑该项目的大语言模型技术还可能在高等教育和图书馆现代化等领域发挥重要作用。

随着人工智能技术的不断进步和材料数据库的持续完善，基于AI的材料发现有望成为推动科技创新的重要工具。这不仅将加速新材料的发现过程，还可能为解决其他关键材料的供应安全问题提供新的思路和方法。

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