科学家们在寻找一种新的、可持续永磁体方面取得了突破性进展。大多数永磁体是由稀土金属合金制成,但这些材料的开采和加工会产生有毒的副产品,导致稀土矿山和炼油厂周围的生态破坏。与此同时,对永磁体的需求正在增加,因为它们是可再生能源、消费电子产品和电动汽车的常见部件。由利兹大学领导的一组科学家,在一种新的先进材料上取得了突破。

这种新材料可能最终会取代稀土永磁体,研究人员已经从一层薄薄的钴中开发出一种混合薄膜,钴具有天然的磁性,上面覆盖着巴克明斯特富勒烯分子(碳的一种形式)。碳的存在,极大地提高了钴的磁能乘积(衡量磁铁强度的一种指标)在低温下增加了五倍,其研究成果发表在《物理评论B》期刊上,研究小组在零下195摄氏度观察到了磁场强度的增加。

但研究人员希望通过对碳分子进行化学操作,能够在室温下获得同样的效果。利兹物理与天文学院的联合首席研究员蒂姆·穆尔索姆博士说:这是我看到的第一个迹象,表明无稀土磁铁可以与稀土基永久磁铁钐钴等物质相提并论,虽然到目前为止只在低温下看到了这种效果,但我希望有一天,类似这样的混合磁性材料将取代稀土永磁体,有助于减轻它们造成的环境破坏。

虽然碳不是磁性的,但分子与钴表面结合的方式会引起磁钉扎效应,这会阻止钴中的磁性改变方向,即使在强烈的相反磁场中也是如此,这种表面相互作用是杂化材料具有异常高磁能的关键。虽然混合磁铁可能需要很长时间才能准备好用于风力涡轮机或电动汽车,但还有其他近在咫尺的应用。同样在利兹的联合首席研究员奥斯卡·塞斯佩德斯博士说:

虽然室温下应用于块状永磁体可能还有很长的路要走,但利用分子耦合来调节薄膜的磁性,例如在磁存储器中,是一个诱人的前景,触手可及。大多数硬永磁材料都含有钕和钐等稀土元素,但对这些材料的环境影响和供应稳定性的担忧正在推动对替代材料的研究。新研究提出了一种钴和纳米碳分子C60的混合双层,它在磁化强度最小的情况下表现出显著的磁力增强。

研究证明了这种各向异性增强效应不能用现有的分子——金属磁性界面模型来描述,概述了一种形式的各向异性,它是由金属-分子界面上的非对称磁电耦合引起。由于这种现象是由π−d杂化轨道引起,将这种效应称为π各向异性,虽然这种效应的临界温度目前受到所选分子C60自由度的限制,但研究描述了表面功能化如何能室温碳基硬磁薄膜的设计。

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参考期刊《应用物理快报·光子学》

DOI: 10.1063/1.5134907

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可持续永磁体,取得突破性进展!或将取代现有稀土永磁体

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科学家们在寻找一种新的、可持续永磁体方面取得了突破性进展。大多数永磁体是由稀土金属合金制成,但这些材料的开采和加工会产生有毒的副产品,导致稀土矿山和炼油厂周围的生态破坏。