2019-04-02 23:18:02
新的替代品可能会减少对稀有稀土永磁体的需求

从计算机硬盘和智能手机到耳塞和电动马达,磁铁处于当今技术的最前沿。含有稀土元素的磁铁是功能最强大的磁铁,可以让许多日常物品变得更小。但是稀土元素可能很难获得,因为它们的稀缺性或一些开采国家的地缘政治气候具有挑战性。现在,科学家已经确定了基于更容易获得的稀土的磁铁,以及一些不含这些材料的有前景的磁铁。

研究人员今天将在美国化学学会(ACS)2019年春季全国会议和博览会上展示他们的发现。

“我们已经开发出新的方法来更好地预测哪种材料可以制造出好的磁铁,”负责该团队的Thomas Lograsso博士说。 “在实验上,我们可以'恢复'近磁体系统,称为顺磁体。我们从合金或化合物开始,它们具有在室温下具有铁磁性的所有合适的性质。很多时候,这些材料具有高比例的铁或钴。”

顺磁体是弱磁场吸引并且不会永久磁化的材料。但是通过添加合金,顺磁铁已经转变为铁磁体或常规永磁体,如冰箱的金属表面。 Lograsso在Ames实验室的关键材料研究所的团队已经确定了迄今为止使用这种“康复”方法的两个有希望的候选者,两者都是铈钴形式:CeCo3和CeCo5。虽然铈被称为稀土元素,但它非常丰富且易于获得。

之前关于CeCo3的研究表明,它表现出典型的顺磁行为。计算预测,通过添加镁,顺磁性CeCo3可以转化为铁磁体。 Lograsso说,这些预测已通过实验验证,并且在测量化合物的单晶时已观察到这种性质。

CeCo5是一种强铁磁体。研究人员将理论计算与高通量实验结合起来,将铜和铁的确切含量归为零,以优化化合物的铁磁性。有了这些添加剂,该团队预计CeCo5有朝一日可用于代替含有钕(Nd)和镝(Dy)的最强稀土磁体,从而减少对这些关键元素的需求。 Lograsso及其同事继续研究可添加到CeCo5中的其他类似金属,以进一步提高其作为Nd和Dy磁体的可行替代品的适用性。

“取代需求量很大的稀土磁铁在经济和环境方面都是理想的,”Lograsso说。 “虽然我们的改性铈钴化合物不如稀土磁铁强大,但对于某些商业应用来说仍然具有很高的价值。因此,我们的目标是将正确的磁铁材料与特定的应用相匹配 - 即所谓的'金发姑娘的非稀土磁铁。“

为此,该小组继续利用其战略优化劣质磁铁或非磁铁的关键特性,将其转变为完全不含稀土元素的替代品。例如,他们现在使用钴来优化铁锗Fe3Ge的性能。所得化合物的高磁化强度与最佳的Nd基磁体相当。该策略不仅限于Fe3Ge,而且还应用于其他有前途的无稀土化合物,以选择性地改善磁体性能。

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