Forskere ser på meteoritter for at få inspiration til at opnå kritiske elementfri magnet

Det amerikanske energiministeriums (DOE's) Critical Materials Institute har udviklet en lavpris, højtydende permanentmagnet ved at hente inspiration fra en kilde, der ikke er af denne verden:jern-nikkel-legeringer i meteoritter. Magneten rivaliserer i vid udstrækning "Alnico" magneter i magnetisk styrke og har potentiale til at opfylde en stærk efterspørgsel efter sjældne jordarters og koboltfrie magneter på markedet.

Her på jorden, de stærkeste permanente magneter er dem, der indeholder det sjældne jordarters grundstof neodym-NdFeB-magneter. Næst stærkeste er Samarium-Cobalt, eller SmCo-magneter. Før sjældne jordarters magneter blev udviklet i 1970'erne, de stærkeste magneter var lavet af aluminium-nikkel-kobolt, eller Alnico, som stadig er udbredt i dag i applikationer lige fra elektriske motorer til forbrugerelektronik.

Problemet med disse stærke, men jordiske menneskeskabte permanente magneter er, at de indeholder kritiske elementer - sjældne jordarter i tilfælde af NdFeB og SmCo, og kobolt i tilfælde af SmCo og Alnico - dem, der er i høj efterspørgsel efter mange teknologier, og som producenterne betaler en præmie for for en til tider upålidelig forsyning.

"De magnetiske legeringer af jern-nikkel, der findes i meteorer, er sjældne jordarters og koboltfrie, men er meget velordnede og tager millioner af år at producere med naturlige midler, " sagde Vitalij Pecharsky, videnskabsmand ved U.S. DOE's Ames Laboratory og CMI. "Vores team - Oleksandr Dolotko, Ihor Hlova, Shalabh Gupta, og Anis Biswas - udviklede en metode til at producere de magnetiske kvaliteter af jern-nikkel-legeringer, der allerede fungerer på niveau med Alnico, men på en meget hurtigere måde."

Metoden introducerer et stort antal defekter i en jern- og nikkellegering. Det anbringes derefter i reaktion med ammoniak, hvilket resulterer i en kemisk ordnet precursor jern-nikkel-nitrogen, eller FeNiN. Det næste trin udvinder nitrogenet fra materialet, uden at forstyrre rækkefølgen af ​​det resterende jern og nikkel.

Pecharsky sagde, at ammoniakprocessen er skalerbar og pålideligt giver prækursormaterialet på omkring 98 procent. Slutproduktet har en energitæthed på 6 MG-Oe, hvilket gør den sammenlignelig med Alnico-magneter, og plads til yderligere forbedringer er betydelig.

"Der er en markedsefterspørgsel efter magneter, der udfylder hullet i tekniske applikationer mellem den højere ende, stærkeste sjældne jordarters permanente magneter, og muligheder med lavere styrke, " sagde Pecharsky. "Vi ser, at dette vinder bred udbredelse i det mellemrumsmagnetrum."

The Critical Materials Institute er et Department of Energy Innovation Hub ledet af det amerikanske energiministeriums Ames Laboratory og støttet af Office of Energy Efficiency and Renewable Energy's Advanced Manufacturing Office, som understøtter anvendt forskning i tidlige stadier for at fremme innovation i amerikansk fremstilling og fremme amerikansk økonomisk vækst og energisikkerhed. CMI søger måder at eliminere og reducere afhængigheden af ​​sjældne jordarters metaller og andre materialer, der er udsat for forsyningskædeforstyrrelser.