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科学家在铁中发现类稀土磁性 或可替代稀土永磁体

作者:永磁同步电机、直驱电机、矢量驱动器来源:本站阅读次数:35【关闭本页

2020-03-12 08:52:11

科学家在铁中发现类稀土磁性 或可替代稀土永磁体


艾姆斯实验室能源学部的科学家们在铁中发现了原本只有在稀土元素中才拥有的超强磁性能。他们在一种新型的铁基材料中发现了这种磁性能,其Fe原子位于两个N原子之间,并不包含稀土元素。这一发现提供了一个可能:利用Fe元素为高强度永磁体提供磁性和永久性,就像直接驱动的风力涡轮及或者电力驱动的混合动力车一样。相关结果已经发布在自然通讯中。

现在用的磁体,大多数由铁来提供足够的磁场强度。但是为了具有永磁性或各向异性,制备磁体时又必须添加稀土元素。由于目前稀土元素价格昂贵,而且国内(指美国)供给短缺,所以,理想的下一代永磁体应该更多使用Fe或者其他储藏丰富的元素,而非稀土。

艾姆斯实验室科学家 Paul Canfield表示,这项研究的突破点在于发现磁体各向异性与Fe中的稀土离子的普遍联系。因为这种性能仅在低温下表现出来,所以并不能说是一项工业上的突破。但作为基础科学方面的研究,可以为日后的技术革新起到抛砖引玉的作用。

Canfield 的研究团队因在新材料的设计、探索、生长和性能研究方面的卓越贡献而闻名于世。在这项研究中,Canfield 和博士后Jesche以及同事们设计了一种在锂-氮溶液中生长出锂-铁-氮单晶的新方法。

Jesche介绍:因为人们一般认为氮是气体,很难进入溶液中,所以以前从未深入探讨过溶液中用氮来生长的方法。但锂貌似可以将氮带入溶液。将氮化锂和锂的粉末混合制成溶液之后将铁加入。令人意想不到的结果是,铁溶解了。一般来说,铁与锂是不能混合的,可能是氮的加入让铁溶解了。

所制得的单晶表现出了更加惊人的性能:单晶体磁矩翻转所需要的外加磁场达到了11T,比目前的商业磁体足足高出一倍,比现存的单晶体高出2倍以上。这种混合物中的铁离子表现出另一新奇的特征:铁离子浓度非常低时会出现受磁场影响的量子隧穿效应。这一现象是在相对高的温度——10K下发现的,比以往发现类似现象的温度高1倍。

通过细致的研究,Canfield 认为这些单个铁离子的行为的确与单个稀土离子相似。这种行为与铁离子的特殊而极度简单的结构有关:一个铁离子在两个氮原子之间。这种晶体生长技术和特殊材料或许能够成为未来类稀土元素离子理论研究的系统模型。实质上,这类材料对找到替代稀土元素的永磁体有明显的影响,并且可能影响到数据储存和量子计算机技术。

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