希土類磁石に代わる可能性があることが判明 - 佛山鉱業研究所グループ有限公司

ケンブリッジ大学の研究者は、オーストリアの同僚らと共同で、隕石内で自然に生成するのに何百万年もかかる「宇宙磁石」であるテトラテーナイトが、希土類磁石の代わりに使用できる可能性があることを発見した。

これまで、実験室でテトラテーナイトを製造する試みは極端で非現実的な方法に依存していましたが、研究者が共通元素であるリンを使用することで状況は変わりそうです。リンを使用することにより、特別な処理や高価な技術を必要とせずに、テトラテーナイトを人工的かつ大規模に生成する可能性があります。

「バルク合金鋳造における硬磁性テトラテーナイトの直接形成」と題されたこの論文は、学術誌「Advanced Science」に掲載されました。同大学の商業化部門であるケンブリッジ・エンタープライズとオーストリア科学アカデミーは、この技術の特許を申請した。

ゼロカーボン経済を構築するには、高性能磁石の供給が必要です。現在、市場で入手可能な最高の永久磁石には、その名前にもかかわらず、地球の地殻に豊富に存在する希土類元素が含まれています。

しかし、中国が世界生産の大部分を支配しているため、レアアースの確実な供給を確保することが課題となっている。 2017年には、世界中のレアアースの81％が中国から供給されていると報告されました。オーストラリアなど他にもレアアースを採掘している国はありますが、中国との地政学的な緊張が高まっているため、現在のレアアースの供給が危険にさらされる可能性があります。

ケンブリッジ大学材料科学・冶金学部のリンジー・グリア教授は、「レアアース鉱床は他の場所にも存在するが、少量のレアアースを得るために膨大な量の物質を採取しなければならないため、採掘作業は非常に破壊的である」と述べた。

「環境への影響と中国への過度の依存の間で、レアアースを必要としない代替材料の緊急の探索が行われています。」

永久磁石の最も有望な代替品の 1 つは、規則正しい原子構造を持つ鉄ニッケル合金であるテトラテーナイトです。この物質は、隕石がゆっくりと冷えるにつれて何百万年もかけて形成されます。これにより、鉄とニッケルの原子が結晶構造内で特定の積層順序に整列するのに十分な時間が与えられ、その結果、希土類磁石と同様の磁気特性を備えた材料が得られます。

1960 年代、テトラテーナイトは、鉄とニッケルの合金に中性子を照射することによって人工的に形成され、原子が望ましい規則的な積層を形成できるようになりました。しかし、この技術は大量生産には不向きです。

「それ以来、科学者たちはその秩序ある構造を解明することに興味を持ってきましたが、それは常に遠い存在のように感じられてきました」と、同じく研究を率いたグリア氏は語った。

長年にわたり、多くの科学者がテトラテーナイトを工業規模で製造しようと試みてきましたが、これは不可能でした。

今回、オーストリア科学アカデミーとレオーベンのモンタ大学のグリア氏とその同僚たちは、これらの極端な方法を回避する可能性のある代替案を発見した。

研究チームは、隕石に含まれる少量のリンを含む鉄ニッケル合金の機械的特性を研究した。これらの材料の内部には、樹状突起と呼ばれる予想される樹木のような成長構造を示す相のパターンがありました。

「ほとんどの人にとって、この研究はそこで終わるだろう。樹状突起には興味深いものは何も見えなかったが、よく見てみると、規則正しい原子構造を示す興味深い回折パターンが見えた」と、この研究を完成させた筆頭著者のユーリー・イワノフ博士は語った。ケンブリッジ大学で博士号を取得し、現在はジェノヴァのイタリア工科大学に拠点を置いています。

当初、テトラテーナイトの回折パターンは鉄ニッケル合金に予想される構造、つまり高性能磁石としては興味のない無秩序な結晶のように見えます。イワノフ氏がよく観察したところ、テトラテーナイトであることが分かりました。

研究チームによると、リンにより鉄とニッケルの原子の動きが速くなり、何百万年も待たずに必要な規則正しい積層を形成できるようになるという。彼らは、鉄、ニッケル、リンを適切な量で混合することによって、テトラテーナイトの形成を 11 ～ 15 桁加速することができました。これは、材料を単純な鋳造で数秒かけて形成できることを意味します。

「非常に驚いたのは、特別な処理が必要なかったということです。合金を溶かして型に流し込むだけで、テトラテーナイトができました」とグリア氏は語った。「これまでのこの分野の見解は、何か極端なことをしない限りテトラテーナイトは得られない、というものでした。そうしないと、テトラテーナイトが形成されるまでに何百万年も待たなければなりません。この結果は、このことについての私たちの考え方が完全に変わったことを表しています」材料。"

この方法は有望ですが、高性能磁石に適しているかどうかを判断するにはさらなる研究が必要です。研究チームは、主要な磁石メーカーと協力してこれを決定したいと考えています。

この研究の結果は、テトラテーナイトの発達期間に関する見解を変える可能性があります。

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