Nowe podejście do produkcji magnesów o doskonałych osiągach może sprawić, że Europa stanie się mniej zależna od pierwiastków ziem rzadkich w procesie transformacji w kierunku gospodarki zeroemisyjnej.
Naukowcy korzystający ze wsparcia finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu ExtendGlass być może znaleźli nowy sposób wytwarzania magnesów, które znajdą zastosowanie w niskoemisyjnych rozwiązaniach technologicznych. Jak czytamy w opracowaniu wyników badania opublikowanych na łamach czasopisma naukowego „Advanced Science”, nowe podejście wypracowane przez naukowców eliminuje zapotrzebowanie na pierwiastki ziem rzadkich, które obecnie Europa pozyskuje głównie i niemal wyłącznie z Chin.
Najlepsze dostępne obecnie magnesy stałe zawierają pierwiastki ziem rzadkich, których głównym źródłem na świecie nieustannie pozostają Chiny, jednak ze względu na rosnące napięcia geopolityczne między Państwem Środka i krajami Zachodu pojawiają się głosy wyrażające obawy dotyczące ciągłości ich dostaw. „Złoża pierwiastków ziem rzadkich występują oczywiście w innych miejscach, jednak ich wydobycie nastręcza wielu trudności ze względu na konieczność przetworzenia ogromnych ilości materiału w celu pozyskania niewielkiej ilości produktu końcowego”, wyjaśnia prof. Lindsay Greer, starszy autor badania oraz przedstawiciel Uniwersytetu w Cambridge będącego gospodarzem projektu ExtendGlass, którego wypowiedź została przytoczona w informacji prasowej opublikowanej na stronie internetowej uczelni. „Biorąc pod uwagę zarówno szkodliwy wpływ wydobycia na środowisko, jak i duży stopień uzależnienia od Chin, pojawiła się potrzeba poszukiwania alternatywnych materiałów, których produkcja nie wymaga stosowania pierwiastków ziem rzadkich”.
Jedną z najbardziej obiecujących alternatyw dla tych metali jest stop żelaza i niklu zwany tetrataenitem, występujący w meteorytach. Tetrataenit powstaje w wyniku naturalnego procesu stopniowego stygnięcia meteorytu na przestrzeni milionów lat. Daje to atomom żelaza i niklu czas na uformowanie szczególnie uporządkowanej struktury, w wyniku czego powstaje wyjątkowy materiał o właściwościach magnetycznych porównywalnych z magnesami ziem rzadkich.
Ze względu na to, że oczekiwanie przez miliony lat nie wchodzi w grę, w latach 60. XX wieku naukowcy stworzyli tetrataenit w laboratorium, bombardując stopy żelaza i niklu neutronami, aby dzięki temu uzyskać pożądaną strukturę atomową. Dużą wadą tej metody jest jednak brak możliwości wykorzystania jej na skalę przemysłową. „Od tamtej pory jednym z fascynujących przedsięwzięć świata nauki pozostawały próby uzyskania tej uporządkowanej struktury, jednak naukowcy uważali, że od realizacji tego celu dzieli nas jeszcze daleka droga”, zauważa prof. Greer.Na szczęście wszystko wskazuje na to, że jesteśmy obecnie znacznie bliżej osiągnięcia celu dzięki zespołowi badaczy, którzy odkryli potencjalne rozwiązanie, którego wykorzystanie nie wymaga oczekiwania przez miliony lat na ostygnięcie meteorytu ani napromieniowania neutronami. Swojego odkrycia dokonali w czasie badania właściwości mechanicznych stopów żelaza i niklu zawierających niewielkie ilości fosforu.
Jak czytamy w informacji prasowej, fosfor – pierwiastek występujący także w składzie meteorytów – „pozwala atomom żelaza i niklu na szybsze przemieszczanie się, dzięki czemu mogą stworzyć odpowiednio uporządkowaną strukturę bez konieczności oczekiwania przez miliony lat”. Zespół badaczy zmieszał żelazo, nikiel i fosfor w odpowiednich proporcjach, by w ten sposób wydatnie przyspieszyć proces powstawania tetrataenitu – pożądany materiał powstał w ciągu zaledwie kilku sekund.
„Najbardziej zadziwiający był fakt, ze cały proces nie wymagał żadnej specjalnej obróbki. Wystarczyło stopić metale w celu uzyskania stopu i wlać go do formy, aby otrzymać tetrataenit”, twierdzi prof. Greer. „Do tej pory wśród badaczy funkcjonowało powszechne przekonanie, że uzyskanie tetrataenitu wymaga użycia ekstremalnych metod, ponieważ jedyną alternatywą jest oczekiwanie przez wiele milionów lat na jego naturalne powstanie. Wyniki najnowszych doświadczeń stanowią prawdziwy przełom w naszym postrzeganiu tego materiału”.
Choć podejście opracowane przez badaczy w ramach projektu ExtendGlass (Extending range of the glassy state: Exploring structure and property limits in metallic glasses) sprawia wrażenie obiecującego, konieczne jest przeprowadzenie dalszych prac, aby ustalić, czy nowy materiał pozwala na otrzymanie magnesów o doskonałych osiągach. Jak dowiadujemy się z informacji prasowej, naukowcy mają nadzieję na nawiązanie współpracy z największymi producentami magnesów w celu przetestowania nowatorskiej metody.
Więcej informacji:
poleca:
