Проект Heusler направлен на производство постоянных магнитов, которые, в отличие от современных постоянных магнитов, содержат только легкодоступные металлы
Сильные постоянные магниты незаменимы для многих технических применений, например, в медицинской диагностике, для выработки электроэнергии или для электромобильности. В настоящее время для этой цели используются сплавы, содержащие редкоземельные металлы. Их ресурсы ограничены. Поэтому исследователи проекта Heusler ищут одноименные соединения, в которых различные немагнитные металлы образуют постоянный магнитный материал.
Иногда научные исследования затрагивают большую мировую политику. Примером этого является проект Хейслера. Ученые из Института химической физики твердого тела и физики микроструктуры им. Макса Планка, а также Института механики материалов им. Фраунгофера IWM ищут химические соединения, которые могут даже полностью состоять из немагнитных элементов и по-прежнему пригодны в качестве постоянных магнитов. Сильные постоянные магниты необходимы в электродвигателях, в сканерах магнитно-резонансной томографии, в ветряных турбинах и для хранения данных. Такие магниты сегодня содержат редкоземельные металлы, которые слушают такие мелодичные названия, как самарий или неодим. Именно здесь материаловедение становится политической проблемой. Потому что сегодня почти все редкие металлы поступают из Китая. Ажиотаж во многих компаниях и политиках по всему миру был соответственно велик, когда страна ограничила экспорт редкоземельных элементов в 2010 году, как это называли, по соображениям защиты окружающей среды.
Хотя Китай теперь снял ограничения на экспорт, ученые проекта Хейслера хотят положить конец своей зависимости от редкоземельных металлов и экспортной политики Китая. «Мы ищем новые постоянные магниты, сделанные из легкодоступных материалов», - объясняет Клаудиа Фельзер, директор Института химической физики твердого тела им. Макса Планка в Дрездене и один из координаторов исследовательского проекта. «И мы не ищем такие материалы нигде, кроме соединений Гейслера». Соединения Гейслера часто состоят из немагнитных металлов, таких как марганец, медь, галлий, олово или алюминий. Благодаря химическому взаимодействию эти металлы могут приобретать магнитные свойства. Магнитные соединения Гейслера также могут содержать магнитные металлы, такие как кобальт, никель или железо.
Подходящие соединения сначала моделируются, а затем синтезируются
После комбинации различных металлов, которая не уступает в привлекательности сегодняшним постоянным магнитам, ученые очень систематически ищут возможности сотрудничества. «Сначала мы рассчитываем, какие соединения могут обладать желаемыми свойствами», - объясняет Эберхард Грос, директор Института физики микроструктуры Макса Планка в Галле-на-Заале. Это зависит не только от выбора элементов, но и от точного соотношения смешивания. Команда вокруг Клаудии Фелзер затем синтезирует соединения, которые представились многообещающе в симуляциях.
«Для магнитомягких связей теоретические предсказания работают очень хорошо, - говорит Эберхард Грос. Магнитно-мягкие материалы часто имеют высокий магнитный момент и могут намагничиваться и размагничиваться даже небольшими магнитными полями. Последнее приветствуется во многих приложениях, например, в обычных генераторах, но не в постоянных магнитах. Они сильно магнитные, поэтому могут намагничиваться и размагничиваться только с сильными магнитными полями. Однако твердомагнитные материалы часто имеют только небольшой магнитный момент. «Мы хотим и того, и другого: отличный магнитный момент, который можно обратить только сильным магнитным полем», - говорит Клаудия Фелсер.
Для жестких магнитов важна микроструктура
Именно здесь в игру вступают Томас Хохе, ученый из Института механики материалов им. Фраунгофера IWM в Галле. Они хорошо разбираются в том, как микроструктура материала влияет на его свойства. «Это особенно важно для магнитотвердых материалов», - говорит Клаудия Фелсер.
Материал, который может быть сильно намагничен сильными магнитными полями, уже нашли исследователи у Клаудии Фелзер, но у него только исчезающий магнитный момент. В качестве постоянного магнита материал, таким образом, еще не подходит. Он также содержит платину и галлий и два материала, которые не всегда доступны. Тем не менее, исследователи уже начали использовать этот материал для других предусмотренных комбинаций металлов, которые лучше соответствуют требованиям.
«Но дело не только в поиске одного материала, который может заменить редкоземельные постоянные магниты», - говорит Клаудия Фелсер. «Мы хотим настолько хорошо понять химическую физику соединений Heusler, что сможем специально отрегулировать их свойства». Если они достигнут этой цели, партнерам по сотрудничеству не придется опасаться, что многообещающая комбинация будет опережена случайным открытием другой группы. Потому что систематический поиск должен помочь им найти оптимальный состав сами. И когда они их находят, коллеги из Фраунгофера снова пользуются спросом. Они также имеют большой опыт использования материалов с экономическим потенциалом.
Источник: http://www.mpg.de/9390334/heusler-permanent-magnet.
Текст: Питер Хергерсберг
