Новый тип магнитов решает проблему редких элементов

Хлопья наночастиц неодим-железо-бор (фото Nanotechnology/IOP).

Целое может быть больше, чем сумма его частей. Это странное правило нередко всплывает, когда учёные экспериментируют с веществом на микро- и наноуровне. И не важно, о химических или физических свойствах образцов идёт речь. На этом же принципе, говорят исследователи, в лабораториях уже работают магниты будущего.

Редкоземельные элементы используются в широком спектре отраслей — от приборостроения до химической промышленности. В технике такие вещества служат основой сильных и лёгких магнитов, в свою очередь, необходимых для построения мощных и компактных электромоторов.

Некоторые эксперты обеспокоены будущим данной индустрии из-за того, что потребление редкоземельных металлов растёт, и в то же время есть опасение, что Китай, добывающий львиную долю этих элементов (96-97%), сократит экспорт. К примеру, по оценке министерства энергетики США (DOE), мировой спрос на неодим, ключевой ингредиент мощных постоянных магнитов, превысит предложение в 2015-2020 годах, — информирует Technology Review.

Выход из положения нашли физики из исследовательского отделения GE Global Research, а также межинститутская группа учёных, возглавляемая физиками из университета Делавэра (University of Delaware). Ранее экспериментаторы пытались усилить магниты на основе неодима, подбирая новые рецепты сплавов и режимы кристаллизации. Но, по мнению Фрэнка Джонсона (Frank Johnson), возглавляющего исследовательскую программу по магнитам в GE, в будущем этот подход перестанет давать плоды.

А ведь это не значит, что из постоянных магнитов уже выжато всё, что можно. Просто настало время подойти к решению задачи с иной стороны. «Теперь наша надежда – нанокомпозиты», — объясняет Джордж Хаджипанайис (George Hadjipanayis) из университета Делавэра.

Такие материалы могут состоять, к примеру, из двух и более типов наночастиц — на базе неодима и на основе железа (или кобальта), чередующихся на микроуровне. Испытывая так называемое обменное взаимодействие, они придают композиту более сильные магнитные свойства, чем обеспечивали бы те же самые элементы в обычном сплаве.

Магниты нового поколения экспериментаторы собирают при содействии поверхностно-активных веществ из частиц с высокими намагниченностю и коэрцитивностью (иллюстрация с сайта udel.edu).

Общий эффект оказывается мощнее, чем простая сумма частей. А это означает, что нанокомпозитные магниты будут сильнее при меньшем весе, а главное – они будут содержать меньше тех самых редкоземельных элементов.

В начале 1980-х Хаджипанайис был одним из учёных, которые открыли высокие магнитные свойства состава неодим-железо-бор. Теперь Джордж намерен запустить новый виток индустрии мощных постоянных магнитов (фото с сайта udel.edu).

В прошлом году на развитие этой интересной программы американское министерство энергетики выделило около $2,25 миллиона компании GE и примерно $4,5 миллиона – «магнитной» группе Хаджипанайиса.

Учёные уже умеют создавать магнитные «наноконструкторы», правда, в виде тонких плёнкок. Сейчас исследователи ломают головы над следующим шагом – масштабированием технологии, необходимой для производства крупных магнитов. Здесь ещё есть ряд нерешённых вопросов, скажем, обеспечение плотной упаковки частиц в объёме так, чтобы они наиболее эффективно взаимодействовали друг с другом.

Готовые чудо-составы GE намерена представить в течение ближайшей пары лет, специалисты из Делавэра тоже постараются не отставать.



Создан перспективный материал для термогенератора

20 января 2011

Создан рекордный аэрогель из углеродных нанотрубок

13 января 2011

Учёные объяснили чудеса Санта-Клауса

28 декабря 2010

Шапка-невидимка впервые скрыла от человека крупный объект

21 декабря 2010

Учёные победили бактерии холодной плазмой

20 декабря 2010
  • Borison Borison  24 января, 17:12
    Где мощность магнитов, сколько единиц тесла или гауссов?
    ОтветитьНравится
  • Сергей Асташкин  24 января, 18:58
    -- Да нет проблем, давайте заказчиков.. без редкозёмов сделаем.
    ОтветитьНравится