中國冶金報社
記者 趙萍 攝影報道
圖為會場
近日，全球科技巨頭英偉達公布其下一代AI（人工智能）數據中心將在2027年普遍采用800V高壓直流技術，直接顛覆傳統數據中心供電架構，更引爆了業界對其核心組件——固態變壓器的關注度。
10月24日，聚焦固態變壓器發展給納米晶合金產業帶來的挑戰和機遇，國內外科研單位、龍頭企業等的代表齊聚廣東深圳，在首屆固態變壓器產業發展技術研討會（秋季）上展開了一場精彩絕倫的前沿技術分享與對話。
隨著AI的迅猛發展，算力需求急劇增加，使得數據中心機柜功率密度從千瓦級向兆瓦級躍升，服務器整機功率快速提升成為確定性趨勢，持續推動數據中心供電技術升級。
而支撐數據中心配電系統升級的關鍵——固態變壓器系統全鏈路效率可達98.5%以上，且相較傳統UPS（不間斷電源）方案節能超3個百分點，在百兆瓦級數據中心中年節電量可達千萬度級別，實現環保的同時提高效率。同時，固態變壓器采用高頻電力電子變換技術，體積較傳統工頻變壓器減少50%～90%，可顯著節省數據中心占地面積，適應高密度機柜部署趨勢。此外，在1兆瓦的功率下，800伏高壓直流電較54伏低壓直流電可減少45%銅材使用，單機架節省約200公斤銅，可大幅降低材料成本與布線復雜度。
“納米晶合金在固態變壓器核心材料領域展現出獨特優勢，其高頻低損特性是突破下一代電力設備效率極限的關鍵。”與會專家介紹，固態變壓器核心組件需要在高頻工況下保持低損耗、高磁感的軟磁材料。納米晶合金憑借原子級無序結構，展現出顛覆性的高頻性能，其電阻率可達硅鋼的3倍，顯著抑制渦流損耗。已公開實驗數據顯示，納米晶合金在100赫茲工況下的損耗較硅鋼降低80%，渦流損耗可通過控制磁芯厚度保持在合理范圍，且在高頻下仍能保持高效能量轉換，其截止頻率可延伸至1兆赫以上（鐵氧體在超過500千赫茲時性能顯著下降），可為固態變壓器高頻化掃清障礙。
然而，納米晶合金的?飽和磁感應強度（Bs）與矯頑力（Hc）始終存在此消彼長的矛盾，嚴重制約器件能效提升。可喜的是，國內已有科研機構打破該材料傳統成分缺陷無法調控的局限，開創了以“序結構”精準控制材料性能的新范式。
與會專家介紹，松山湖材料實驗室通過旋轉磁場、機械應力場、溫度場等多場耦合法，在非晶基軟磁材料中引入類晶體序、Fe4N、α-Fe(Co)序，構建界面序、納米晶-非晶雙相等多尺度序調控策略，顯著改善了飽和磁感、矯頑力、磁導率、高頻損耗等軟磁性能，突破了磁強度與磁塑性之間的倒置關系。未來還可利用多場耦合調控多尺度結構序，實現兼具優異力、磁、化學等特性的新一代非晶材料的按需設計。
與此同時，與會專家分享了實際使用納米晶合金時遇到的難題。他們對納米晶合金磁芯進行了對比測試，給兩副同一批次、相同規格的磁芯繞上線圈，并施加高頻電流。一段時間后拍攝熱成像圖，結果顯示即便是同一批次同一規格的磁芯，發熱（損耗）差異仍然很大。切縫區域因磁場集中導致渦流損耗增加，該位置溫度顯著升高，成為磁芯最熱區域，影響了整體熱穩定性和可靠性。除了切縫處，磁路上還存在多處溫度偏高區域，損耗分布不均。生產企業亟需破解納米晶合金磁芯一致性難題。
此外，作為快淬金屬玻璃，納米晶合金自身具有的一些性能指標并不能完全適應固態變壓器的具體要求，如無法適配諧振電路需要低磁導率磁芯、在頻率低于16千赫茲時噪聲較大且對應力敏感等。這也給科研機構提供了新的攻關方向。
顯而易見，納米晶合金材料革命的種子已然萌芽。納米晶合金與固態變壓器的深度融合，不僅關乎電力設備的能效躍遷，更將重塑能源互聯網的基礎架構。我們期待，納米晶合金以新一代高頻低損軟磁材料，加速固態變壓器產業升級步伐。
