Cristalli singoli di CeCo 3 sintetizzato con il metodo della crescita in soluzione. Credito:Andriy Palaysuik
Da hard disk per computer e smartphone a auricolari e motori elettrici, i magneti sono all'avanguardia della tecnologia odierna. I magneti contenenti elementi di terre rare sono tra i più potenti disponibili, permettendo a molti oggetti di uso quotidiano di essere sempre più piccoli. Ma gli elementi delle terre rare possono essere difficili da ottenere, data la loro scarsità o il difficile clima geopolitico di alcune delle nazioni in cui vengono estratti. Ora, gli scienziati hanno identificato magneti basati su terre rare più facilmente ottenibili, così come alcuni magneti promettenti che non contengono affatto questi materiali.
I ricercatori presenteranno oggi i loro risultati all'American Chemical Society (ACS) Spring 2019 National Meeting &Exposition.
"Abbiamo sviluppato nuovi modi per prevedere meglio quali materiali producono buoni magneti, "dice Tommaso Lograsso, dottorato di ricerca, che guidava la squadra. "Sperimentalmente, possiamo "riabilitare" i sistemi quasi magnetici, chiamati paramagneti. Si parte da leghe o composti che hanno tutte le caratteristiche per essere ferromagnetici a temperatura ambiente. Molte volte, questi materiali hanno elevate proporzioni di ferro o cobalto."
I paramagneti sono materiali che sono debolmente attratti da un campo magnetico e non sono permanentemente magnetizzati. Ma aggiungendo le leghe, i paramagneti sono stati trasformati in ferromagneti, o normali magneti permanenti, come la superficie metallica di un frigorifero. Il team di Lograsso presso il Critical Materials Institute at Ames Laboratory ha identificato finora due candidati promettenti utilizzando questo approccio "riabilitativo", ed entrambi sono forme di cerio cobalto:CeCo 3 e CeCo 5 . Sebbene il cerio sia chiamato un elemento delle terre rare, è molto abbondante e di facile reperibilità.
Lavori precedenti su CeCo 3 ha mostrato che esibiva il classico comportamento paramagnetico. I calcoli prevedevano che aggiungendo magnesio, paramagnetico CeCo 3 potrebbe essere trasformato in un ferromagnete. Queste previsioni sono state validate sperimentalmente, Lograsso dice, e questa proprietà è stata osservata nelle misurazioni di singoli cristalli del composto.
CeCo 5 è un forte ferromagnete. I ricercatori hanno combinato calcoli teorici con esperimenti ad alto rendimento per azzerare la quantità esatta di rame e ferro da aggiungere per ottimizzare il ferromagnetismo del composto. Con questi additivi, il team anticipa che CeCo 5 potrebbe un giorno essere usato al posto dei più potenti magneti di terre rare che contengono neodimio (Nd) e disprosio (Dy), allentando così la domanda di quegli elementi critici. Lograsso e colleghi continuano a indagare su altri metalli simili che possono essere aggiunti a CeCo 5 per migliorare ulteriormente la sua idoneità come valido sostituto dei magneti Nd e Dy.
"Sostituendo i magneti delle terre rare, che sono molto richiesti, sarebbe l'ideale, sia dal punto di vista economico che ambientale, " Dice Lograsso. "Anche se i nostri composti di cerio-cobalto modificati non sono potenti come i magneti di terre rare, potrebbero comunque essere di grande valore per alcune applicazioni commerciali. Così, il nostro obiettivo è abbinare il giusto materiale del magnete a un'applicazione specifica, un cosiddetto magnete in terre non rare "Riccioli d'oro".
A quello scopo, il gruppo continua a utilizzare la propria strategia per ottimizzare le caratteristiche chiave dei magneti poveri o non magnetici per trasformarli in alternative completamente prive di elementi delle terre rare. Per esempio, ora stanno usando il cobalto per ottimizzare le prestazioni del ferro germanio, Fe 3 Ge. L'elevata magnetizzazione del composto risultante è paragonabile ai migliori magneti a base di Nd. Questa strategia non è solo limitata a Fe 3 Ge e viene applicato ad altri promettenti composti privi di terre rare per migliorare selettivamente le proprietà dei magneti.
