无稀土永磁体的最新进展

科学家在寻找新的、可持续的永磁体方面取得了突破。

大多数永磁体由稀土金属合金制成,但这些材料的开采和加工会产生有毒的副产品,从而在稀土矿山和精炼厂周围带来生态挑战。同时,由于永磁体是可再生能源,消费电子产品和电动汽车中的常见组成部分,因此对永磁体的需求也在增加。

由利兹大学领导的一组科学家在一种新的先进材料上取得了突破,该材料最终将取代稀土基永磁体。研究人员用天然磁性的钴薄层开发了一种杂化膜,该钴薄层覆盖了一种碳分子:巴克明斯特富勒烯(Buckminsterfullerene,分子式C60)。

碳的存在极大地提高了钴的磁能积(magnetic energy product),在低温下可提高五倍。磁能积是衡量磁体强度的指标。

双层膜的M-H曲线在2T磁场中冷却至5K。黑色表示有C60覆盖的薄膜,磁能积达到未覆盖的520%。右上是退磁后的C60指向,右下是充磁后的C60指向。

研究结果发表在《物理评论》B上。

研究小组观察到-195℃时磁场强度的增加,但他们希望通过化学操作碳分子,在室温下能够获得相同的效果。

利兹大学物理与天文学学院副研究员蒂姆·穆索姆(Tim Moorsom)博士说:“这是我所看到的第一个迹象,表明无稀土磁铁可以与稀土永磁体相比。

“虽然到目前为止我们仅在低温下才看到这种效应,但我希望与此类似的混合磁性材料有一天能代替稀土永磁体,从而有助于减轻它们造成的环境破坏。”

尽管碳不是磁性的,但是分子结合到钴表面的方式会产生磁性钉扎效应(magnetic pinning effect),即使在强的相反磁场中,钴的磁性也无法改变方向。这种表面相互作用是混合材料异常高的磁能的关键。

虽然混合磁体准备好在风力涡轮机或电动汽车中使用可能需要很长时间,但还有其他一些应用近在咫尺。

合作的主要研究者,奥斯卡·塞斯佩德斯(Oscar Cespedes)博士说:“尽管室温大规模应用无稀土永磁材料可能需要很长时间,在使用分子耦合修饰的磁性薄膜的磁性记忆方面具有触手可及的诱人前景。”