中国冶金报社
记者 赵萍 摄影报道
图为会场
近日，全球科技巨头英伟达公布其下一代AI（人工智能）数据中心将在2027年普遍采用800V高压直流技术，直接颠覆传统数据中心供电架构，更引爆了业界对其核心组件——固态变压器的关注度。
10月24日，聚焦固态变压器发展给纳米晶合金产业带来的挑战和机遇，国内外科研单位、龙头企业等的代表齐聚广东深圳，在首届固态变压器产业发展技术研讨会（秋季）上展开了一场精彩绝伦的前沿技术分享与对话。
随着AI的迅猛发展，算力需求急剧增加，使得数据中心机柜功率密度从千瓦级向兆瓦级跃升，服务器整机功率快速提升成为确定性趋势，持续推动数据中心供电技术升级。
而支撑数据中心配电系统升级的关键——固态变压器系统全链路效率可达98.5%以上，且相较传统UPS（不间断电源）方案节能超3个百分点，在百兆瓦级数据中心中年节电量可达千万度级别，实现环保的同时提高效率。同时，固态变压器采用高频电力电子变换技术，体积较传统工频变压器减少50%～90%，可显著节省数据中心占地面积，适应高密度机柜部署趋势。此外，在1兆瓦的功率下，800伏高压直流电较54伏低压直流电可减少45%铜材使用，单机架节省约200公斤铜，可大幅降低材料成本与布线复杂度。
“纳米晶合金在固态变压器核心材料领域展现出独特优势，其高频低损特性是突破下一代电力设备效率极限的关键。”与会专家介绍，固态变压器核心组件需要在高频工况下保持低损耗、高磁感的软磁材料。纳米晶合金凭借原子级无序结构，展现出颠覆性的高频性能，其电阻率可达硅钢的3倍，显著抑制涡流损耗。已公开实验数据显示，纳米晶合金在100赫兹工况下的损耗较硅钢降低80%，涡流损耗可通过控制磁芯厚度保持在合理范围，且在高频下仍能保持高效能量转换，其截止频率可延伸至1兆赫以上（铁氧体在超过500千赫兹时性能显著下降），可为固态变压器高频化扫清障碍。
然而，纳米晶合金的?饱和磁感应强度（Bs）与矫顽力（Hc）始终存在此消彼长的矛盾，严重制约器件能效提升。可喜的是，国内已有科研机构打破该材料传统成分缺陷无法调控的局限，开创了以“序结构”精准控制材料性能的新范式。
与会专家介绍，松山湖材料实验室通过旋转磁场、机械应力场、温度场等多场耦合法，在非晶基软磁材料中引入类晶体序、Fe4N、α-Fe(Co)序，构建界面序、纳米晶-非晶双相等多尺度序调控策略，显著改善了饱和磁感、矫顽力、磁导率、高频损耗等软磁性能，突破了磁强度与磁塑性之间的倒置关系。未来还可利用多场耦合调控多尺度结构序，实现兼具优异力、磁、化学等特性的新一代非晶材料的按需设计。
与此同时，与会专家分享了实际使用纳米晶合金时遇到的难题。他们对纳米晶合金磁芯进行了对比测试，给两副同一批次、相同规格的磁芯绕上线圈，并施加高频电流。一段时间后拍摄热成像图，结果显示即便是同一批次同一规格的磁芯，发热（损耗）差异仍然很大。切缝区域因磁场集中导致涡流损耗增加，该位置温度显著升高，成为磁芯最热区域，影响了整体热稳定性和可靠性。除了切缝处，磁路上还存在多处温度偏高区域，损耗分布不均。生产企业亟需破解纳米晶合金磁芯一致性难题。
此外，作为快淬金属玻璃，纳米晶合金自身具有的一些性能指标并不能完全适应固态变压器的具体要求，如无法适配谐振电路需要低磁导率磁芯、在频率低于16千赫兹时噪声较大且对应力敏感等。这也给科研机构提供了新的攻关方向。
显而易见，纳米晶合金材料革命的种子已然萌芽。纳米晶合金与固态变压器的深度融合，不仅关乎电力设备的能效跃迁，更将重塑能源互联网的基础架构。我们期待，纳米晶合金以新一代高频低损软磁材料，加速固态变压器产业升级步伐。
