A Yeni yayınlanan çalışma Elektrikli motorlardan MRI makinelerine ve veri depolama cihazlarına kadar her şeyi destekleyen tüm bileşenler için nadir toprak metallerine bağımlılığımızda ortak bir demir oksit olan manyetite bir kaymayı işaretleyebilir.
Arlington’daki (UTA) Texas Üniversitesi ekipleri ve Sandia Ulusal Laboratuvarları tarafından yönetilen araştırma, nadir toprak metallerine dayanmayan yüksek manyetik demir oksit (Fe₃o₄) yapıları üretmek için bir yöntem sunmaktadır. İle Küresel Ticaret Endişeleri Ve bu kaynakların giderek daha pahalı ve kaynaklanması zor hale gelmesi, bu atılım uygulanabilir bir alternatifi temsil edebilir.
Çalışma yazarları dikkatlerini yaygın bir demir oksit biçimi olan manyetit üzerine odakladılar. Normalde, demir oksit kendi başına “sert” manyetik bir malzeme olarak kabul edilmez. Manyetik olsa da, neodimyum gibi nadir toprak elementleri içeren özel malzemelerden yapılan mıknatısların mizahlarının mukavemetinden ve kalma gücünden yoksundur. Her şeyde kullanıldı elektrikli araba pilleri Bilgisayar sabit sürücüler için, bu nadir toprak mıknatıslar ödüllendirilir çünkü kolayca zayıflamayan güçlü manyetik alanları korurlar-“manyetik anizotropi” olarak bilinen bir özelliktir. Bu özellik, bu teknolojilere güvenilebilen dayanıklı, yüksek performanslı mıknatıslar üretmek için çok önemlidir.
“Geleneksel bilgelik bize yüksek anizotropinin sadece nadir toprak metaller gibi ağır unsurlar içeren malzemelerden üretilebileceğini söylüyor, dedi UTA’da bir fizik profesörü olan J. Ping Liu, bir basın açıklaması. “Ancak, keşifimiz ağır elementler kullanmadan daha yeni ve daha güçlü mıknatıslar yapmak için yeni olanaklar açıyor.”
Bu yeni çalışma, sadece beş nanometreyi ölçen küçük küresel manyetit parçacıklarının son derece yüksek basınca maruz kaldığında, uzun, zincir benzeri oluşumlara monte edildiğini ortaya koymaktadır. Bu, manyetit nanoparçacıkları elmas örs hücresi adı verilen bir cihaza yerleştirilerek ve onları deniz seviyesinde atmosfer basıncının 180.000 katından fazla 19 gigapaskallara yaklaşan basınçlar altında sıkarak elde edilir.
Başlangıçta rastgele bir düzenleme oluşturan parçacıklar, minyatür kablolara benzeyen sıkı bir şekilde bağlı zincirlere yeniden düzenler. Parçacıkların nasıl organize edildiğindeki bu değişiklik, meşhur gizli manyetik sosdur.
Yeni oluşturulan zincirlerin ölçümleri, manyetik özelliklerinin dramatik bir şekilde iyileştiğini ortaya koydu. Manyetik anizotropi, bir mıknatısın hizalamasını kaybetmek için ne kadar dirençli olduğunun ölçüsü, değiştirilmemiş malzemede bulunan değerin yaklaşık üç katına yükseltildi. Özellikle, bir mıknatısın demagnetize olmaya direnme yeteneğinin önemli bir ölçüsü olan manyetik “zorlılık”, düşük sıcaklıklarda neredeyse sıfırdan yaklaşık 400 oersted’e yükseldi. Bu değer, daha az güçlü nadir toprak mıknatıslarına rakiptir, bu da demir oksit zincirlerinin günlük olarak güvendiğimiz temel teknolojilerde kullanılabilecek daha sağlam mıknatıslar gibi davrandığını gösterir.
Manyetik özelliklerdeki bu artış, parçacıkların etkileşme şekline düşer. Kendi başlarına, bireysel manyetit parçacıkları sadece hafif manyetik özelliklere sahiptir ve rastgele paketlendiğinde, bu özellikler çoğunlukla birbirlerini iptal eder. Ancak zincirlere zorlandığında, komşu parçacıklar arasındaki manyetik kuvvetler birbirlerini zincir boyunca bir yönde güçlendirir ve parçalarının toplamından çok daha büyük bir kolektif mukavemete yol açar.
Deneylerin yanında yapılan bilgisayar simülasyonları, sıkıca paketlenmiş parçacıklar arasındaki bu “dipol-dipol” etkileşiminin, zincir oluşumlarında görülen yüksek manyetik anizotropi oluşturduğunu doğruladı.
Dünyanın gelişmiş elektronikler, elektrikli araçlar ve yenilenebilir enerji depolaması için iştahı hızla arttıkça, bu endüstrilerin tümü güçlü, istikrarlı mıknatıslara bağlıdır. Jeopolitik belirsizlik ve madencilikle ilgili çevresel tartışmaların sık sık vurduğu nadir toprak metal malzemeleri ile daha erişilebilir ve bol bir kaynak hoş karşılanacaktır. Demir oksit, ev elektroniklerinden hassas tıbbi ekipmanlara kadar değişen uygulamalar için uygundur.
Bu umut verici gelişmelere rağmen, zorluklar devam ediyor.
Birincisi, deneyler basınç kaynaklı montajın laboratuvar ölçeğinde dikkate değer etkilerini gösterirken, bu sürecin seri üretim için ne kadar kolay ölçeklenebileceği belirsizdir. Zincir yapılarının oluşturulması, hem yüksek kontrollü koşullar hem de muazzam basınç uygulayabilen ekipman gerektirir, bunlardan ikisi de özel araştırma tesislerinin dışında hazır bulunmaz. Üretmek için mevcut endüstriyel yöntemler mıknatıslar Bu sonuçları ticari bir ölçekte çoğaltmak için önemli uyarlamalar gerektirebilir ve araştırmacılar sadece ölçekte üretim için maliyet etkin yolları araştırmaya başlıyor.
İkincisi, bu çalışmada gözlenen dramatik manyetik sertleşmenin çoğu, çok düşük sıcaklıklarda, yaklaşık beş Kelvin’de gerçekleşir. Bu -268 santigrat veya -450 derece Fahrenheit civarında. Bu, günlük yaşamda veya endüstriyel ortamlarda yaşanan şeyin çok altında. Tipik oda sıcaklığında test edildiğinde, preslenmiş manyetit zincirleri, mıknatıslanmanın kolayca rastgele hale geldiği ve malzemenin kalıcı bir manyetik alanı tutma yeteneğini kaybettiği bir “süperparamanyetik” duruma geri döner.
Bu, mevcut formlarında, bu malzemelerin henüz yüksek sıcaklıklarda yüksek performans gerektiren uygulamalar için nadir toprak mıknatısları henüz eşleştiremeyebileceğini düşündürmektedir. Zincir yapılarını gerçek dünyadaki koşullar altında benzer şekilde performans gösterecek şekilde değiştirmek veya stabilize etmek ve bulguların farklı tiplerde veya boyutlarda manyetik nanopartiküllere nasıl dönüşebileceğini anlamak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır.
Gelecekteki çalışmalar sıcaklık ve üretim sınırlamalarının üstesinden gelebilirse, sonuçlar önemlidir: Daha ucuz, çevre dostu mıknatıslar yeşil enerji, ulaşım ve yeni nesil elektroniklere yol açabilir, böylece performanstan ödün vermeden kritik nadir dünya kaynaklarına güvenmeyi azaltabilir.
“Bu, çeşitli için daha ucuz, daha güçlü mıknatıslara yol açabilir Gelecek teknolojileridaha iyi sabit diskler, daha verimli elektrik motorları ve tıp ve bilimde mıknatıs kullanmanın yeni yolları dahil ”dedi.
MJ Banias, bilgilendirme ile alan, güvenlik ve teknolojiyi kapsar. Ona [email protected] adresinden e -posta gönderebilir veya Twitter’da takip edebilirsiniz. @Mjbanias.
