原料の不足に対する代替磁石

希少希土類金属で作られた磁石に代わる新しい材料

ハードディスクだけでなく、他の多くの電子部品も希土類磁石なしではできません。 ©Kerrik / istock
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ネオジムとCoの代わりに:将来、希土類金属でできたハイテク磁石を新しい磁性材料に置き換えることができます。 研究者は、マグネシウムやコバルトなどの物質を加えることで強く磁化できる最初の化合物をすでに特定しています。 これらの材料は、ネオジムなどの希土類永久磁石の真の代替品になる可能性があり、これらの希少な資源の需要を減らします。

磁石は、現代の技術において重要な役割を果たしています。磁石は、コンピューターのハードドライブ、発電機、その他多くの電子部品に使用されています。 今日利用できる最も強力な磁石の秘密は、しばしばレアアースと呼ばれます。 ネオジムやジスプロシウムなどの金属には、特別な電気的および磁気的特性があります。それらがなければ、多くのハイテク製品は考えられません。

問題は、これらの切望されている商品は希少で高価ですが、需要が増えていることです。 科学者はすでに、いくつかの希土類金属の将来のボトルネックを予測しています。 一方、地政学的側面も役割を果たします。 たとえば、レアアースの主な輸出国である中国は、特定の材料をほぼ独占しており、それに応じて貿易を管理できます。

ネオジムおよびジスプロシウムの代替品

この理由で、研究者は現在、ネオジムとCoの代替品を探しています:より良い入手可能な希土類元素またはおそらくこのグループの金属も含まれていない強力な永久磁石を作成できますか? 米国エネルギー省のAmes LaboratoryのThomas Lograssoと彼の同僚は、最初は常磁性体に焦点を当て、この質問に専念しています。 これらの材料は磁場に弱く引き付けられますが、永久に磁化されません。

「いわば、そのようなシステムを修復し、特定の材料を追加することで磁石に変えることができます」とLograssoは説明します。 「だからこそ、室温で強磁性を示す適切な特性を持つ合金や化合物から始めます。」しかし、どのファブリックがあなたが探している特徴を持っているのでしょうか? ディスプレイ

2つの有望な候補者

有望な候補を特定するために、科学者はコンピューターベースのアプローチを使用しました。 このようにして、彼らはさまざまな材料の磁気的挙動を予測し、それらが固体磁石の開発に適しているかどうかを知ることができました。 「このアプローチにより、いくつかの強力な磁石がすぐに特定されました」とチームは書いています。

計算により、とりわけ、常磁性のセリウムコバルトCeCo3はマグネシウムの添加により強磁性体に変換できることが示されました。 実際、Lograssoと彼の同僚が報告しているように、その後の実験でこれが確認されています。 分析で特定された別の候補は、CeCo5です。 この材料はすでに強力な強磁性体です。 しかし、計算と実験により、この特性は適切な量の銅と鉄でさらに最適化できることが明らかになりました。

「経済的および生態学的に賢明」

これらの追加により、CeCo5はいつかネオジムやジスプロシウムなどの強力な希土類磁石に取って代わることさえできる、と研究者は予測しています。 利点:厳密に言えば、セリウムは希土類クラスのメンバーでもあります。 ただし、ネオジムやCoとは異なり、豊富に入手でき、入手も簡単です。

「需要が高く希少な希土類金属を交換することは、経済的観点および生態学的観点から理にかなっています」とログラッソは言います。 「私たちの修飾されたセリウム-コバルト化合物は、最も強力な希土類磁石ほど強力ではありませんが、特定の用途にとっては価値ある代替品である可能性があります。」

さらに、彼と彼の同僚は、希土類クラスのセリウムまたは他の金属に基づいていない代替磁石にすでに取り組んでいます。 とりわけ、鉄ゲルマニウムFe3Geに強い磁化を与えるために、コバルトで実験します。 (アメリカ化学会、2019;会議)

出典:アメリカ化学会

-ダニエル・アルバト