無稀土永磁體的最新進展

科學家在尋找新的、可持續的永磁體方面取得了突破。

大多數永磁體由稀土金屬合金製成,但這些材料的開採和加工會產生有毒的副產品,從而在稀土礦山和精煉廠周圍帶來生態挑戰。同時,由於永磁體是可再生能源,消費電子產品和電動汽車中的常見組成部分,因此對永磁體的需求也在增加。

由利茲大學領導的一組科學家在一種新的先進材料上取得了突破,該材料最終將取代稀土基永磁體。研究人員用天然磁性的鈷薄層開發了一種雜化膜,該鈷薄層覆蓋了一種碳分子:巴克明斯特富勒烯(Buckminsterfullerene,分子式C60)。

碳的存在極大地提高了鈷的磁能積(magnetic energy product),在低溫下可提高五倍。磁能積是衡量磁體強度的指標。

無稀土永磁體的最新進展

雙層膜的M-H曲線在2T磁場中冷卻至5K。黑色表示有C60覆蓋的薄膜,磁能積達到未覆蓋的520%。右上是退磁後的C60指向,右下是充磁後的C60指向。

研究結果發表在《物理評論》B上。

研究小組觀察到-195℃時磁場強度的增加,但他們希望通過化學操作碳分子,在室溫下能夠獲得相同的效果。

利茲大學物理與天文學學院副研究員蒂姆·穆索姆(Tim Moorsom)博士說:“這是我所看到的第一個跡象,表明無稀土磁鐵可以與稀土永磁體相比。

“雖然到目前為止我們僅在低溫下才看到這種效應,但我希望與此類似的混合磁性材料有一天能代替稀土永磁體,從而有助於減輕它們造成的環境破壞。”

儘管碳不是磁性的,但是分子結合到鈷表面的方式會產生磁性釘扎效應(magnetic pinning effect),即使在強的相反磁場中,鈷的磁性也無法改變方向。這種表面相互作用是混合材料異常高的磁能的關鍵。

雖然混合磁體準備好在風力渦輪機或電動汽車中使用可能需要很長時間,但還有其他一些應用近在咫尺。

合作的主要研究者,奧斯卡·塞斯佩德斯(Oscar Cespedes)博士說:“儘管室溫大規模應用無稀土永磁材料可能需要很長時間,在使用分子耦合修飾的磁性薄膜的磁性記憶方面具有觸手可及的誘人前景。”


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