مغناطيس بديل ضد عدم وجود المواد الخام

المواد الجديدة ستحل محل المغناطيس المصنوع من المعادن النادرة النادرة

لا يمكن الاستغناء عن الأقراص الصلبة ، ولكن أيضا العديد من المكونات الإلكترونية الأخرى. © Kerrik / istock
قراءة بصوت عال

بدلاً من النيوديميوم وشركاه: يمكن أن تحل المواد المغناطيسية الجديدة محل مغناطيس التكنولوجيا الفائقة المصنوعة من معادن الأرض النادرة في المستقبل. لقد حدد الباحثون بالفعل المركبات الأولى التي يمكن ممغنطة بشدة عن طريق إضافة مواد مثل المغنيسيوم أو الكوبالت. يمكن أن تكون هذه المواد بديلاً حقيقياً للمغناطيسات الأرضية النادرة النادرة مثل النيوديميوم - مما يقلل من الطلب على هذه الموارد النادرة.

يلعب المغناطيس دورًا مهمًا في التكنولوجيا الحديثة: يتم استخدامه في محركات الأقراص الصلبة بالكمبيوتر ومولدات الطاقة والعديد من المكونات الإلكترونية الأخرى. وغالبا ما تسمى سر أقوى مغناطيس المتاحة اليوم تربة نادرة. المعادن مثل النيوديميوم والديسبروسيوم لها خواص كهربائية ومغناطيسية خاصة - وبدونها ، فإن العديد من منتجات التكنولوجيا الفائقة لا يمكن تصوره.

المشكلة هي أن هذه السلع المرغوبة نادرة ومكلفة ، لكن الطلب يتزايد. يتوقع العلماء بالفعل اختناقات مستقبلية لبعض المعادن الأرضية النادرة. من ناحية أخرى ، تلعب الجوانب الجغرافية السياسية أيضًا دورًا. على سبيل المثال ، كمصدر رئيسي للأراضي النادرة ، تحتكر الصين تقريبًا بعض المواد ويمكنها التحكم في تجارتها وفقًا لذلك.

بدائل النيوديميوم و dysprosium

لهذا السبب ، يبحث الباحثون الآن عن بدائل للنيوديميوم وشركاه: هل يمكنك إنشاء مغناطيس دائم قوي يتماشى مع تراب نادر متاح بشكل أفضل أو ربما لا يتضمن أي معدن من هذه المجموعة؟ لقد كرس توماس لوجراسو من مختبر أميس التابع لوزارة الطاقة الأمريكية وزملاؤه أنفسهم لهذا السؤال ، مع التركيز في البداية على العوامل المغناطيسية. تنجذب هذه المواد إلى الحقول المغناطيسية بشكل ضعيف ولكنها غير ممغنطة بشكل دائم.

"يمكننا ، إذا جاز التعبير ، إعادة تأهيل مثل هذه الأنظمة وتحويلها إلى مغناطيسات بإضافة مواد معينة ،" يوضح Lograsso. "لهذا السبب نبدأ بالسبائك أو المركبات التي لها الخصائص الصحيحة لتكون مغنطيسية مغناطيسية في درجة حرارة الغرفة." ولكن ما هي الأقمشة التي تحتوي على الميزات التي تبحث عنها؟ عرض

اثنين من المرشحين الواعدين

لتحديد المرشحين الواعدين ، استخدم العلماء نهجًا قائمًا على الكمبيوتر. وبهذه الطريقة ، تمكنوا من التنبؤ بالسلوك المغناطيسي لمجموعة متنوعة من المواد ومعرفة ما إذا كانت مناسبة لتطوير المغناطيس الصلب. "هذا النهج أدى بسرعة إلى تحديد بعض المغناطيس القوي ،" يكتب الفريق.

وأظهرت الحسابات ، من بين أمور أخرى ، أن الكوبالت السيريوم المغنطيسي CeCo3 يمكن أن يتحول إلى مغنطيس مغناطيسي بإضافة المغنيسيوم. وبالفعل ، تؤكد التجارب اللاحقة ذلك ، كما أبلغ لوجراسو وزملاؤه. مرشح آخر تم تحديده في التحليلات هو CeCo5. هذه المواد هي بالفعل مغناطيس قوي. ومع ذلك ، كشفت الحسابات والتجارب أن هذه الخاصية يمكن تحسينها أكثر بالكمية المناسبة من النحاس والحديد.

"اقتصاديا وبيئيا معقولة"

مع هذه الإضافات ، يمكن أن يحل CeCo5 في يوم من الأيام محل مغناطيسات الأرض النادرة القوية مثل النيوديميوم والديسبروسيوم. الميزة: بالمعنى الدقيق للكلمة ، السيريوم هو أيضا عضو في الطبقة الأرضية النادرة. على عكس النيوديميوم وشركاه ، ومع ذلك ، فهي متوفرة بوفرة وسهولة الحصول عليها.

يقول لوجراسو: "استبدال المعادن النادرة النادرة الطلب والنادرة أمر منطقي من الناحية الاقتصادية وكذلك من الناحية البيئية". "على الرغم من أن مركبات السيريوم والكوبالت المعدلة لدينا ليست بنفس قوة مغناطيس الأرض النادرة ، إلا أنها قد لا تزال بديلاً قيماً لتطبيقات معينة."

بالإضافة إلى ذلك ، يعمل هو وزملاؤه بالفعل على مغناطيسات بديلة لا تستند إلى السيريوم أو معادن أخرى من الطبقة الأرضية النادرة. من بين أشياء أخرى ، يجربون الكوبالت من أجل إعطاء جرمانيوم الحديد Fe3Ge مغنطة قوية. (الجمعية الكيميائية الأمريكية ، 2019 ؛ اجتماع)

المصدر: الجمعية الكيميائية الأمريكية

- دانيال ألبات