Наномагниты — экономия редкоземельных металлов

Наномагниты - экономия редкоземельных металлов

Более сильные и легкие магниты смогут выйти на рынок уже в ближайшие пара лет, делая вероятным производство действенных автомобильных двигателей и ветряных турбин. Необходимость разработки нового материала обусловлена тем, что лучшие из существующих сейчас магнитов изготовлены из редкоземельных металлов, поставка которых остается ненадежной кроме того в условиях растущего спроса.

Итак, сейчас исследователи трудятся над новыми типами наноструктурированных магнитов, в которых будет употребляться меньшее количество редкоземельных металлов если сравнивать с простыми магнитами. Многие моменты еще требуют доработки, и, однако, сотрудники GE Global Research сохраняют надежду показать новые материалы для магнитов в течение ближайших двух лет.

Самые замечательные из существующих сейчас магнитов обязаны собственными особенностями наличию в них сплава редкоземельного металла неодима (в составе которого присутствуют кроме этого бор и железо). Время от времени с целью улучшения особенностей магнита производители додают в сплав другие редкоземельные металлы, а также тербий и диспрозий. Поставки всех трех из этих редких металлов находятся на грани из-за растущего возможности и спроса ограничения экспорта главной страной-производителем – Китаем.

Все еще неясно, успеют ли новые магниты выйти на рынок прежде, чем спрос на редкоземельные металлы превысит их предложение. Согласно расчетам Министерства энергетики США (DOE) глобальное производство окиси неодима (главного компонента магнитов) в 2015 году составит 30 657 тысячь киллограм. В соответствии с одному из сценариев все того же Министерства энергетики спрос на это металл в 2015 году окажется легко выше означенной цифры.

Само собой разумеется, в сценариях DOE присутствует элемент предположения, но кроме того по самым скромным подсчетам спрос на неодим превысит предложение уже к 2020 году.

До сих пор беседы о редкоземельных металлах крутились около разработки и Китая месторождений,  – увидел Стивен Дюкло, эксперт по устойчивости материалов в GE Global Research. – Мы верим, что отечественная разработка способна оказать влияние на принимаемое решение этого вопроса. Министерство энергетики США финансирует «магнитный проект» GE, и проект исследователей из университета штата Делавэр в рамках программы Управления перспективных исследовательских проектов-Энергия (ARPA-E), стимулирующей исследования революционных разработок.

Работа над новыми магнитными материалами – отнюдь не из легких, – поделился Джордж Хаджипанаис (Hadjipanayis), астрономии Факультета Университета и декан физики штата Делавэр. В первый раз Джордж занялся разработкой неодимовых магнитов в 1980-х годах, на протяжении работы в Kollmorgen. В тот раз нам, быть может, , – говорит он о начальной разработке магнитов.

Тогда для нового магнита исследователи применяли кристаллизацию сплавов с последующим поиском новых форм с улучшенными особенностями. Но в будущем данный подход употребляться не будет. Производительность неодимовых магнитов исчерпала себя, – поясняет Фрэнк Джонсон, ведущий эксперт по «магнитным» изучениям в рамках программы GE.

И Хаджипанаис с ним согласен. Сейчас вся надежда на нанокомпозиты, –  заключил он.

Нанокомпозитные магнитные материалы складываются из наночастиц металлов, присутствующих в сегодняшних магнитных сплавах. Эти композиты, например, включают смесь наночастиц неодима с наночастицами железа. Результатом сотрудничества таких наноструктурированных фрагментов магнита делается усиление его магнитных особенностей если сравнивать с простыми магнитными сплавами.

Преимущество применения нанокомпозитов имеет два нюанса: они разрешают усилить магнит, не увеличивая его веса, и для них требуется меньшее количество редкоземельных металлов. Улучшение магнитных особенностей в этих нанокомпозитах разъясняется свойством, именуемым обменной связью (синергетическим сотрудничеством). Упрощая сложный физический процесс, возможно заявить, что связь между отдельными наночастицами в композите ведет к появлению магнитные особенностей более сильных, чем сумма особенностей отдельных его компонентов.

Обменной связи между чистыми материалами магнита не существует, но она появляется в композитах, составленных из смеси наночастиц тех же металлов, что употребляются и для простых магнитов. Преимущество сильных магнитов в том, что их возможно поместить в меньшие и более легкие механизмы, – пояснил Джонсон.

GE несобирается раскрывать заглавия конкретных применяемых материалов либо приводить способы производства, но, по словам Джонсона, компания будет опираться на технологии, созданные для других металлов. на данный момент главная задача компании – увеличить способ для использование его в производстве громадных магнитов – до тех пор пока что он трудится лишь для узких слоев нанокомпозитов. На предстоящую разработку компания получила от ARPA-E финансирование в размере 2,25 млн. долл.

США.

Несколько исследователей Университета штата Делавэр, со своей стороны, взяла на разработку практически 4,5 млн. долл. США (финансирование ARPA-E). Нужные наночастицы возможно создавать в маленьких количествах в лаборатории, но расширить масштаб их производства достаточно тяжело.

Эти вещества отличаются высокой химической активностью, – пояснил Джордж Хаджипанаис.

Несколько экспериментирует с широким спектром разных видов наночастиц, а также с комбинациями из наночастиц железокобальтового сплава и неодима. Еще одна неприятность содержится в необходимости расположить наночастицы в смеси так, дабы они пребывали в достаточно тесном  контакте для появления обменной связи. Хаджипанаис заверяет, что это вопрос времени, и неспешно все у них окажется.

Источник: www.technologyreview.com

Неодим — Металл, из которого делают МАГНИТЫ!


Темы которые будут Вам интересны:

Читайте также: