科学有其原则、法律和理论。经济也是如此。这个故事是关于一个如何产生,或供应和需求的法律如何导致一个研究项目,带来了一种新的强大的永磁离市场更近一步。
这个故事的中心是稀土元素钕,开采主要在中国。它首先成为一个家喻户晓的词在1980年代,当一个新的磁铁由钕、铁、硼的发明。包装很强大的小包装,新“新”磁铁把汽车、机器人技术和电子工业的风暴。
西奥Siegrist
解释道,“这就是革命性汽车Theo Siegrist, MagLab研究员和教授工程学院由佛罗里达A&M大学共同运行,塔拉哈西佛罗里达州立大学,佛罗里达州。他指着一个小块的东西执着顽强地在他杂乱的办公室迷你冰箱。20-mm-square立方吹嘘半特斯拉的磁场,至少一个数量级,每盎司,比脆弱的氧化钡铁磁铁旁边。
“没有这个,你不会在你的车可调座位,你就不会容易,电气窗口调剂品,我们不会对风力发电风车,“Siegrist继续说。“你不会有任何的这些非常小的电机扭矩高。”
但是这个梦想材料最终导致一场噩梦:在2010年,它的相对稀缺性,结合其他经济、地缘政治和环境因素,造成Matterhorn-like价格飙升。那时neo磁铁根深蒂固在我们的生活中,从珠宝扣耳芽,从手机到电源线。公司的涨价有很多担心。
在几个月内尘埃落定,价格回来到地球(尽管他们仍高于峰值之前)。但在此之前,一群Tallahassee-based国家高磁场实验室的研究人员,由当地一位magnet-dependent行业,爱游戏提现客服决定寻找一个新选择。
今天,他们的发现吸引了新的兴趣:强大的摇摆的价格再次席卷钕的价格了。自2017年初以来,它已经飙升逾80%。
磁的挑战
全国Ma爱游戏提现客服gLab是一个用户设备拥有许多世界上最强大的和独特的电磁铁;来自世界各地的科学家那里旅行使用大量的仪器来探测人体从蛋白质到半导体,观察了在原子。/
街对面的实验室坐落的节能压缩机制造商与MagLab共同点:他们也依靠磁铁。但他们的(不像电磁巨头MagLab)小neo磁铁使压缩机工作。早在2010年,第一次钕的价格后,公司领导还够关心他,能让他们的邻居研究替代品。
说:“他们认为我们有轨迹磁铁Ke汉,材料科学家实验室,“所以我们应该知道一些关于这个。”
这是一个艰巨的任务:Neo磁铁有很多。首先,铁是便宜和容易获得。在铁磁,更重要的是,它有很多“磁矩”——这意味着它的电子自旋的方式容易使他们结合外部磁场,一个好的磁铁饲料的基本属性。
但是,正如面包上升不能没有酵母,铁需要一个活性成分,使其良好的磁铁,和钕符合该法案。它添加了一个关键的和互补的产权配方称为各向异性。
“为了使一块磁铁,你需要大量的磁矩:这就是铁,“Siegrist解释道。“但在常规铁旋转不想轻易都指向一个方向。这就是为什么你添加钕,因为这给了你所谓的磁晶各向异性。针的旋转都向一个方向。”
强大的配对钕、铁很难击败。
不过,汉族,与Siegrist和各自的团队合作,接下了这个任务。几十年前,科学家们发明neo磁铁应对价格上涨的钐钴、当时的选择一个强大的磁铁。也许现在MagLab组可以推翻neo磁铁作为卫冕冠军——或者至少提供给这个世界的一种可行的选择。
科学家们感到有信心他们能理解磁系统中取得了新的突破。但即使是追求的行为问题会抓住人们的注意力,MagLab主管Greg Boebinger告诉他们。
“即使你不生产任何东西,人们就知道你正在做的事情的东西”,Boebinger说。“这肯定会产生一些影响。”
一个样本的锰镓。
研究小组决定关注锰镓(MnGa),一个有前途的磁系统。虽然研究,没有人曾经使用轨迹磁铁,以更好地了解其潜在的永久磁铁。
在纸面上,搭配是有前途的。不太一样廉价和丰富的铁、锰仍然是现成的。当结合镓,永久磁铁。一个方便的铝工业的副产品,镓也有低熔点的优势,这将使MnGa磁铁的生产成本。
但仍有一些阻止MnGa威胁neo的主导地位:它没有高剩磁,或保留其磁场的能力。随着矫顽力(衡量材料的抗退磁能力),高剩磁是一个很好的磁铁的先决条件。
汉和Siegrist怀疑他们能做些什么。
轨迹扭
一旦科学家们他们的两个成分,这是一个时间的实验。丹尼尔·布朗,韩寒的研究生,做了大量的工作,不知疲倦地调整配方找出比率和技术将材料的磁潜力最大化。
本冶金过程的第一步是通过研磨混合配料。获得化学完全正确花了一些时间。“我们确实有很多尝试和错误比例正确,”汉说。
混合物然后需要烤:高温带来的新阶段,解开其磁性材料。研究人员与时间和温度高达360摄氏度——查明这个退火过程的最优条件。它需要温暖,但不太温暖:每个磁性材料都有一个“居里温度,高于其磁性消失了。
所有伟大的厨师特别描述的事物他们的食谱,汉族和Siegrist也不例外。他们特殊的转折:一个高磁场。MnGa加热的团队在一个小烤箱本身放在一个轨迹电磁铁,特殊工艺称为磁场退火(MFA)。31他们加热样品内部的特斯拉长达两个小时,和比较这些结果与无磁场退火。
接触任何永久磁铁磁场的一部分:这就是诱发大部分晶体和旋转在材料结合应用领域,解决他们在地方和会计的“永久”“永久磁铁”。But the MFA process used by the MagLab scientists, featuring a field 30 times stronger than would typically be used in magnet production, accomplished even more: It significantly boosted MnGa’s remanence, accompanied by high coercivity.
“高矫顽力绝对是一个很好的加,”汉说。“这意味着可以在一个大磁铁磁场和仍保留其磁性质:它将继续工作。”
此外,MFA过程材料的磁矩增加了50%,表明系统中很多尚未开发的潜力。“这意味着我们在材料仍有改进的空间,“汉说。“这是另一件我们非常兴奋。”
所有这一切意味着MnGa neo撞了它的底座?
几乎没有。Neo仍然是冠军。但这可能需要开始张望。
“我们发现,这种材料是值得追求的,“Siegrist说。“锰之间,这是相对便宜,镓,你可以有合理的低温处理,你可以做各种各样的事情。”
MnGa不需要超越neo,盎司每盎司,是有价值的:它可能只需要找到自己的利基市场。Samarium-cobalt磁铁,例如,不是很健壮如neo,成本更高。但因为他们的高居里温度,它们用于应用程序要求高性能高温,neo无法交货。MnGa可能也有一个特殊的人才,还不是完全了解,比如它的工作能力在高磁场。
“我们现在是另一个箭头的箭袋的解决方案,”Siegrist说。“如果,对于一个特定的应用程序,钕铁和钐钴不做这项工作,那么我们可以考虑这样的事情。有可能是一个问题,这是一票。”
除了汉族,Siegrist和棕色的,以下MagLab员工贡献研究:小君,燕新,Tiglet Besara密苏里州立大学(现在的)和Rongmei妞妞。
为更多的细节在这个研究,阅读科学强调或完整的出版物,高磁场退火Mn-Ga金属间化合物合金,在夫人的进步。
允许转载的研发杂志标题下超越钕:科学家探索替代昂贵的稀土元素。
由克里斯汀科因
