Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Từ đĩa cứng máy tính đến điện thoại thông minh, nam châm luôn đi đầu trong công nghệ. Nam châm chứa các nguyên tố đất hiếm là một trong những loại mạnh nhất hiện có, nhưng những yếu tố này có thể khó lấy được. Giờ đây, các nhà khoa học đã xác định được nam châm dựa trên các loại đất hiếm dễ kiếm hơn, cũng như một số nam châm đầy hứa hẹn không chứa những vật liệu này.
Các nhà nghiên cứu sẽ trình bày những phát hiện của họ ngày hôm nay tại Hội nghị & Triển lãm Quốc gia Mùa xuân 2019 của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ (ACS).
“Chúng tôi đã phát triển những cách mới để dự đoán tốt hơn những vật liệu nào tạo ra nam châm tốt”, Thomas Lograsso, tiến sĩ, người đứng đầu nhóm nghiên cứu cho biết. “Về mặt thực nghiệm, chúng ta có thể ‘phục hồi’ các hệ thống gần như nam châm, được gọi là paramagnets. Chúng ta bắt đầu với các hợp kim hoặc hợp chất có tất cả các tính chất phù hợp để từ sắt ở nhiệt độ phòng. Nhiều lần, các vật liệu này có tỷ lệ sắt hoặc coban cao.”
Paramagnets là những vật liệu bị thu hút yếu vào từ trường và không bị từ hóa vĩnh viễn. Nhưng bằng cách thêm hợp kim, paramagnet đã được biến thành ferromagnets, hoặc nam châm vĩnh cửu thông thường, giống như bề mặt kim loại của tủ lạnh. Nhóm của Lograsso tại Viện Vật liệu quan trọng tại Phòng thí nghiệm Ames đã xác định được hai ứng cử viên đầy triển vọng cho đến nay sử dụng phương pháp “phục hồi chức năng” này và cả hai đều là dạng cerium cobalt: CeCo 3 và CeCo 5 . Mặc dù xeri được gọi là nguyên tố đất hiếm, nhưng nó rất phong phú và dễ kiếm.
Công việc trước đây về CeCo 3 cho thấy nó thể hiện hành vi thuận từ cổ điển. Các tính toán dự đoán rằng bằng cách thêm magiê, CeCo 3 có thể biến đổi thành ferromagnet. Những dự đoán này đã được xác thực bằng thực nghiệm, Lograsso nói, và tính chất này đã được quan sát thấy trong các phép đo các tinh thể đơn của hợp chất.
CeCo 5 là một ferromagnet mạnh mẽ. Các nhà nghiên cứu đã kết hợp các tính toán lý thuyết với các thí nghiệm thông lượng cao về 0 với lượng đồng và sắt chính xác để thêm vào đó sẽ tối ưu hóa thuyết sắt từ của hợp chất. Với các chất phụ gia này, nhóm nghiên cứu dự đoán rằng một ngày nào đó, CeCo 5 có thể được sử dụng thay thế cho các nam châm đất hiếm mạnh nhất có chứa neodymium (Nd) và dysprosium (Dy), do đó làm giảm nhu cầu đối với các yếu tố quan trọng này. Lograsso và các đồng nghiệp tiếp tục điều tra các kim loại tương tự khác có thể được thêm vào CeCo 5 để cải thiện hơn nữa tính phù hợp của nó như là một sự thay thế khả thi cho nam châm Nd và Dy.
“Thay thế nam châm đất hiếm, có nhu cầu cao, sẽ là lý tưởng, cả về kinh tế và môi trường,” Lograsso nói. “Mặc dù các hợp chất xeri-coban biến đổi của chúng tôi không mạnh bằng nam châm đất hiếm, nhưng chúng vẫn có thể có giá trị cao đối với các ứng dụng thương mại nhất định. Vì vậy, mục tiêu của chúng tôi là ghép vật liệu nam châm phù hợp với một ứng dụng cụ thể – cái gọi là “Nam châm đất không hiếm” của Goldilocks. “
Cuối cùng, nhóm tiếp tục sử dụng chiến lược của mình để tối ưu hóa các đặc điểm chính của nam châm kém hoặc không phải nam châm để biến chúng thành các lựa chọn thay thế hoàn toàn không có các nguyên tố đất hiếm. Ví dụ, họ hiện đang sử dụng coban để tối ưu hóa hiệu suất của sắt Germanium, Fe 3 Ge. Từ hóa cao của hợp chất thu được có thể so sánh với các nam châm dựa trên Nd tốt nhất. Chiến lược này không chỉ giới hạn ở Fe 3 Ge và đang được áp dụng cho các hợp chất không chứa đất hiếm hứa hẹn khác để cải thiện có chọn lọc các tính chất nam châm.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.