فابین لانگ-25 اکتبر 2022- Tetrataenite در Nuevo Mercurio، Zacatecas، مکزیک یافت می شود.
تیمی از محققان دانشگاه کمبریج به همراه همکارانش در اتریش، جایگزینی بالقوه برای روش فعلی برای ساخت آهنرباهای با کارایی بالا بدون استفاده از عناصر خاکی کمیاب کشف کرده‌اند.ین آهنرباهای با کارایی بالا که در توربین‌های بادی و وسایل نقلیه الکتریکی استفاده می‌شوند، برای اقتصاد کربن صفر حیاتی هستند. در حال حاضر بهترین آهنرباهای دائمی موجود به عناصر کمیاب خاکی نیاز دارند.
حتی اگر نام “خاک کمیاب” امیدبخش به نظر برسد، این عناصر آنقدرها هم که به نظر می رسد نادر نیستند. با این حال، طبق بیانیه مطبوعاتی منتشر شده توسط دانشگاه کمبریج، تا به امروز، چین تقریباً در انحصار تولید در سطح جهانی است. به عنوان مثال، در سال 2017، 81 درصد از عناصر کمیاب خاکی در سراسر جهان از چین تامین شده است. و با افزایش تنش‌های ژئوپلیتیکی با چین، این نگرانی وجود دارد که ذخایر خاکی کمیاب در خطر باشد.
عناصر خاکی کمیاب در سراسر جهان به وفور یافت می شوند، اما استخراج آنها آسان نیست. علاوه بر این، روش‌های استخراج معدن مورد نیاز بسیار سازگار با محیط زیست نیستند.نیاز فوری به مواد جایگزینی که به عناصر کمیاب خاکی نیاز ندارند، نیاز است، و اینجاست که تحقیقات این تیم مطرح می شود.
کانی تتراتانیت عنصر خاکی کمیاب مورد بحث در اینجا است. این یک آهنربای کیهانی یا یک آلیاژ آهن نیکل با ساختار اتمی خاص است که میلیون‌ها سال طول می‌کشد تا به طور طبیعی در شهاب‌سنگ‌ها ایجاد شود. این همان چیزی است که برای ساخت آهنرباهای با کارایی بالا لازم است.
تلاش‌های قبلی برای ایجاد تتراتانیت مصنوعی در آزمایشگاه‌ها نیازمند روش‌های شدید و غیرعملی بوده است.
این تیم در کمبریج کشف کردند که با افزودن یک عنصر مشترک – فسفر – تتراتانیت می‌تواند در مقیاس و به طور مصنوعی بدون هیچ روش افراطی یا پرهزینه ساخته شود. این تیم در حال بررسی خواص مکانیکی آلیاژهای آهن نیکل حاوی مقادیر کمی فسفر بودند، عنصری که در شهاب سنگ ها نیز یافت می شود. الگوی فازهای داخل این مواد، ساختار رشد مورد انتظار به نام دندریت را نشان می دهد.
دکتر یوری ایوانوف، نویسنده اول، که کار را در کمبریج تکمیل کرد و اکنون در موسسه فناوری ایتالیا در جنوا مستقر است، گفت: «وقتی نزدیک‌تر نگاه کردم، یک الگوی پراش جالب دیدم که ساختار اتمی منظمی را نشان می‌دهد.
در ابتدا، الگوی پراش تتراتانیت شبیه ساختار مورد انتظار برای آلیاژهای آهن-نیکل بود. اما نگاه دقیق دکتر ایوانف تتراتانیت را شناسایی کرد. با مخلوط کردن آهن، نیکل و فسفر در مقادیر مناسب، این تیم توانست سرعت تشکیل تتراتانیت را بین 11 تا 15 مرتبه بزرگی افزایش دهد. در قالب ریخته گری ساده در چند ثانیه شکل گرفت.
پروفسور لیندسی گریر از دپارتمان علم مواد و متالورژی کمبریج که رهبری این تحقیق را بر عهده داشت، گفت: «آنچه بسیار شگفت‌انگیز بود این بود که نیازی به درمان خاصی نبود: ما فقط آلیاژ را ذوب کردیم، آن را در قالب ریختیم و تتراتانیت داشتیم. دیدگاه قبلی در این زمینه این بود که شما نمی‌توانید تتراتانیت را دریافت کنید، مگر اینکه کاری افراطی انجام دهید، زیرا در غیر این صورت، باید میلیون‌ها سال منتظر بمانید تا تشکیل شود. این نتیجه نشان دهنده یک تغییر کلی در نحوه تفکر ما در مورد این مواد است.
برای تعیین اینکه آیا این روش برای آهنرباهای با کارایی بالا در مقیاس بزرگ مناسب است یا خیر، باید کارهای بیشتری انجام شود. این تیم امیدوار است با تولیدکنندگان بزرگ آهنربا روی این موضوع کار کند.
یافته های این تیم در مجله Advanced Science منتشر شد.
