A nagy teljesítményű mágnesek létfontosságú technológiát jelentenek a szén-dioxid-mentes gazdaság kiépítéséhez, és a jelenleg elérhető legjobb állandó mágnesek ritkaföldfémeket tartalmaznak. Nevük ellenére a ritkaföldfémek bőségesen megtalálhatóak a földkéregben, de így is Kína szinte monopóliummal rendelkezik a globális termelésben. 2017-ben a világ ritkaföldfémjeinek 81 százalékát az ázsiai országból szerezték be, és a növekvő geopolitikai feszültségek miatt a kutatók alternatív megoldásokat keresnek, hogy csökkenjen a nyugati világ kitettsége Kína felé.

„Ritkaföldfém-lelőhelyek máshol is léteznek, de a bányászati műveletek rendkívül zavaróak: hatalmas mennyiségű anyagot kell kitermelni ahhoz, hogy kis mennyiségű ritkaföldfémhez jussunk” – mondta a kutatást vezető Lindsay Greer professzor a Cambridge-i Anyagtudományi és Kohászati Tanszékről az egyetem portáljának, aki szerint ezért is keresnek új ötvözeteket.

A Cambridge-i Egyetem csapata osztrák kollégákkal együttműködve új módszert talált a ritkaföldfém-mágnesek lehetséges helyettesítőjének előállítására: a tetrataenitet, egy kozmikus mágnest, amely több millió év alatt természetes úton, meteoritokban alakul ki.

Vas és nikkel, amiből van bőven készlet

A tetrataenit, egy vas-nikkel ötvözet, amelynek különleges rendezett atomszerkezete van, az egyik legígéretesebb ilyen alternatíva. Az anyag évmilliók alatt alakul ki, ahogy a meteorit lassan lehűl, így a vas- és nikkelatomoknak elegendő idejük van arra, hogy a kristályszerkezeten belül egy sajátos egymásra épülő sorrendbe rendeződjenek, és végül egy olyan anyagot kapjanak, amelynek mágneses tulajdonságai megközelítik a ritkaföldfémekét.

A tetrataenit laboratóriumi előállítására tett korábbi kísérletek nem praktikus, extrém módszerekre támaszkodtak. Egy közös elem, a foszfor hozzáadása az ötvözethez megoldotta ezt a problémát és a tetrataenit mesterségesen és nagy mennyiségben előállíthatóvá vált. Ráadásul speciális kezelés vagy drága technológiai megoldások sem kellenek az eljáráshoz – mint arról a kutatók az Advanced Science című folyóiratban számoltak be. A Cambridge Enterprise, az egyetem kereskedelmi részlege és az Osztrák Tudományos Akadémia szabadalmi kérelmet nyújtott be a technológiára.

Már voltak ígéretes eljárások

Az 1960-as években a tudósok a vas-nikkel ötvözetek neutronokkal való bombázásával mesterségesen tudtak tetrataenitet képezni, ami lehetővé tette, hogy az atomok a kívánt rendezett halmozódást alakítsák ki, de ez a technika nem alkalmas tömeggyártásra.

Viszont a kutatókat megihlették a kis mennyiségű foszfort tartalmazó vas-nikkel ötvözetek mechanikai tulajdonságainak vizsgálata. Ez az elem szintén jelen van a meteoritokban, és a kristályrács mintázata a várt, dendriteknek nevezett fa-szerű növekedési struktúrát mutatta.

A kutatók szerint a meteoritokban jelenlévő foszfor lehetővé teszi a vas- és nikkelatomok gyorsabb mozgását, ami biztosítja számukra, hogy a szükséges rendezett halmozódást kialakítsák anélkül, hogy évmilliókat kellene várniuk. A vas, a nikkel és a foszfor megfelelő mennyiségű keverésével 11-15 nagyságrenddel tudták felgyorsítani a tetrataenit kialakulását, olyannyira, hogy az egyszerű öntés során néhány másodperc alatt kialakul.

Bár a kutatók ígéretes módszert találtak a tetrataenit előállítására, további munkára van szükség ahhoz, hogy megállapítsák, alkalmas lesz-e a nagy teljesítményű mágnesek gyártásához az eljárás. A csapat reméli, hogy ezen a nagy mágnesgyártókkal együtt dolgozhatnak majd tovább.