Se ha descubierto un posible reemplazo del imán de tierras raras - Grupo Co., Ltd de los laboratorios de minería de Foshan

En colaboración con colegas de Austria, investigadores de la Universidad de Cambridge descubrieron que la tetrataenita, un "imán cósmico" que tarda millones de años en desarrollarse naturalmente en meteoritos, puede usarse potencialmente en lugar de imanes de tierras raras.

Anteriormente, los intentos de hacer tetrataenita en el laboratorio dependían de métodos extremos y poco prácticos, pero esto cambiará con el uso del elemento común fósforo por parte de los investigadores. Mediante el uso de fósforo, existe la posibilidad de producir tetrataenita artificialmente ya escala, sin ningún tratamiento especializado ni técnicas costosas.

El artículo, titulado 'Formación directa de tetrataenita magnética dura en fundiciones de aleación a granel', se publica en la revista Advanced Science. Cambridge Enterprise, el brazo de comercialización de la Universidad, y la Academia de Ciencias de Austria han presentado una solicitud de patente para la tecnología.

Para construir una economía sin carbono, es necesario un suministro de imanes de alto rendimiento. Actualmente, los mejores imanes permanentes disponibles en el mercado contienen elementos de tierras raras que, a pesar de su nombre, existen en abundancia en la corteza terrestre.

Sin embargo, existe un problema para asegurar un suministro confiable de tierras raras, ya que China controla la mayor parte de la producción mundial. Se informó que el 81% de las tierras raras en todo el mundo procedían de China en 2017. Hay otros países que extraen REE, como Australia, pero con el aumento de las tensiones geopolíticas con China, el suministro actual de tierras raras podría estar en riesgo.

La profesora Lindsay Greer, del Departamento de Ciencia de los Materiales y Metalurgia de Cambridge, declaró: "Existen depósitos de tierras raras en otros lugares, pero las operaciones mineras son muy perjudiciales, ya que hay que extraer una gran cantidad de material para obtener un pequeño volumen de tierras raras.

"Entre los impactos ambientales y la gran dependencia de China, ha habido una búsqueda urgente de materiales alternativos que no requieran tierras raras".

Una de las alternativas más prometedoras para los imanes permanentes es la tetrataenita, una aleación de hierro y níquel con una estructura atómica ordenada. El material se forma durante millones de años a medida que un meteorito se enfría lentamente. Esto ofrece a los átomos de hierro y níquel suficiente tiempo para ordenarse en una secuencia de apilamiento particular dentro de la estructura cristalina, lo que da como resultado un material con propiedades magnéticas similares a las de los imanes de tierras raras.

En la década de 1960, la tetrataenita se formó artificialmente mediante la explosión de aleaciones de hierro y níquel con neutrones, lo que permitió que los átomos formaran el apilamiento ordenado deseado. Sin embargo, esta técnica no es adecuada para la producción en masa.

"Desde entonces, los científicos han estado fascinados con obtener esa estructura ordenada, pero siempre se sintió como algo que estaba muy lejos", dijo Greer, quien también dirigió la investigación.

A lo largo de los años, muchos científicos han intentado producir tetrataenita a escala industrial, pero esto no ha sido posible.

Ahora, Greer y sus colegas de la Academia de Ciencias de Austria y la Montanuniversität en Leoben han encontrado una alternativa potencial que evita estos métodos extremos.

El equipo estudió las propiedades mecánicas de las aleaciones de hierro y níquel que contienen pequeñas cantidades de fósforo, que está presente en los meteoritos. Dentro de estos materiales había un patrón de fases que indicaba la estructura de crecimiento similar a un árbol esperada llamada dendritas.

"Para la mayoría de la gente, habría terminado ahí: nada interesante de ver en las dendritas, pero cuando miré más de cerca, vi un patrón de difracción interesante que indica una estructura atómica ordenada", dijo el primer autor, el Dr. Yurii Ivanov, quien completó el trabajo mientras en Cambridge y ahora tiene su sede en el Instituto Italiano de Tecnología en Génova.

Inicialmente, el patrón de difracción de la tetrataenita parece la estructura esperada para las aleaciones de hierro y níquel, es decir, un cristal desordenado que no es de interés como imán de alto rendimiento. La mirada más atenta de Ivanov identificó la tetrataenita.

Según el equipo, el fósforo permite que los átomos de hierro y níquel se muevan más rápido, lo que les permite formar el apilamiento ordenado necesario sin esperar millones de años. Pudieron acelerar la formación de tetrataenita entre 11 y 15 órdenes de magnitud al mezclar hierro, níquel y fósforo en las cantidades correctas. Esto significó que el material pudo formarse en unos pocos segundos en una fundición simple.

"Lo que fue tan sorprendente fue que no se necesitó ningún tratamiento especial. Simplemente fundimos la aleación, la vertimos en un molde y obtuvimos tetrataenita", dijo Greer. "La opinión anterior en el campo era que no se podía obtener tetrataenita a menos que se hiciera algo extremo, porque de lo contrario, tendría que esperar millones de años para que se formara. Este resultado representa un cambio total en nuestra forma de pensar sobre esto. material."

Aunque este método es prometedor, se necesita más trabajo para decidir si será adecuado para imanes de alto rendimiento. El equipo espera colaborar con los principales fabricantes de imanes para determinar esto.

Los resultados de este estudio podrían cambiar las opiniones sobre la duración del desarrollo de tetrataenita.

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