Редкоземельные элементы являются важными компонентами электронных и механических устройств, однако они их запасы невелики. Недавно ученые придумали, как создать альтернативу: "космический магнит". Обычно на формирование такого материала в метеоритах уходят миллионы лет, но теперь его можно изготовить в лаборатории за считанные секунды.
Образец метеорита, содержащий тетратаенит. Rob Lavinsky, iRocks.com – CC-BY-SA-3.0
Редкоземельные металлы широко используются во многих электронных устройствах и механических агрегатах. Особенно это актуально для зеленых технологий. Такие элементы необходимы для изготовления мощных магнитов, которые востребованы во всех областях нашей жизни - от ветряных турбин до электромобилей. Помимо того, что редкоземы относительно редко встречаются в земной коре, их добыча из первичной руды очень трудна и затратна. Кроме того, их производство в основном сосредоточено в Китае, что вносит определенные коррективы в логистические цепочки.
"Запасы редкоземельных металлов имеются и в других местах, однако их разработка сопряжена с серьезными трудностями. Так, например, чтобы произвести небольшое количество редкозема, необходимо добыть огромное количество руды", ─ рассказывает проф. Линдси Грир, руководитель проекта. "Учитывая негативное воздействие на окружающую среду и высокую зависимость от Китая, необходимо срочно приступить к поиску альтернативных материалов, не требующих наличия редкоземельных элементов".
Поэтому ученые изучают способы переработки редких земель из старых батарей и электроники, извлекают их из сточных вод или пытаются найти более распространенные материалы, которые могли бы выполнять аналогичные функции.
В рамках нового проекта эксперты из University of Cambridge изучали свойства тетратаенита- природного минерала, представляющего собой сплав железа и никеля. Благодаря сложной кристаллической структуре это вещество - обладает магнитными свойствами, схожими с магнитами из редкоземельных металлов. За одним исключением - железо и никель намного дешевле и доступнее.
Проблема в том, что тетратаенит практически невозможно найти - в основном он встречается в образцах метеоритов, где, как считают ученые, его формирование заняло миллионы лет. Предыдущие попытки создать такой сплав в лаборатории искусственно привели к определенному успеху, но, к сожалению, все эти методы невозможно использовать в промышленных масштабах.
В результате более тщательного анализа метеоритного тетратаенита ученые обнаружили, что он содержит фосфор, который помогает сократить время выстраивания атомов железа и никеля в единую структуру. Поэтому они смешали железо, никель и фосфор в необходимых пропорциях и обнаружили, что тетратаенит формируется на 15 порядков быстрее - фактически за считанные секунды.
"Нас больше всего удивило то, что не требовалось какой-либо специальной предварительной процедуры: мы просто расплавили состав, залили его в форму и получили тетратаенит", ─ рассказывает Грир. "Ранее в этой области считалось, что тетратаенит нельзя получить, если только не сделать что-то экстремальное, потому что в противном случае пришлось бы ждать миллионы лет, пока он сформируется. Этот результат полностью меняет наше представление об этом материале".
Авторы утверждают, что это открытие может привести к созданию жизнеспособной альтернативы редкоземельным магнитам. Однако потребуется ряд дополнительных экспериментов, чтобы проверить, будет ли созданный таким образом тетратенит эффективно выполнять свои функции.
Результаты данного проекта были представлены в международном издании Advanced Science.
Sources: University of Cambridge, Journal Advanced Science.
1. (https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.202204315)
2. (https://www.cam.ac.uk/research/news/new-approach-to-cosmic-magnet-manufacturing-could-reduce-reliance-on-rare-earths-in-low-carbon)
