Un team di questa università, in collaborazione con colleghi austriaci, ha trovato un nuovo modo per creare un possibile sostituto dei magneti in terre rare: il tetrataeniteun “magnete cosmico” che impiega milioni di anni per svilupparsi naturalmente nei meteoriti.

I precedenti tentativi di produrre tetrataenite in laboratorio si sono basati su metodi estremi poco pratici. Ma l’aggiunta di un elemento comune, il concorsopotrebbe significare che è possibile fabbricazione di tetrataenite artificialmente e su scala;senza alcun trattamento specializzato o tecniche costose.

I risultati sono riportati nel Giornale di scienze avanzate. Affari di Cambridgeil dipartimento di marketing dell’università e il Accademia austriaca delle scienze hanno depositato una domanda di brevetto per la tecnologia.

I potenti magneti sono una tecnologia essenziale per la costruzione di a economia senza emissioni di carbonioe i migliori magneti permanenti oggi disponibili contengono elementi di terre rare. Nonostante il loro nome, le terre rare sono abbondanti nella crosta terrestre. Tuttavia, la Cina ha quasi il monopolio della produzione mondiale: nel 2017 L’81% delle terre rare del mondo proveniva dalla Cina. Altri paesi, come Australiaestraendo anche questi elementi, ma con l’aumento delle tensioni geopolitiche con la Cina, si teme che le forniture di terre rare siano a rischio.

“I depositi di terre rare esistono altrove, ma le attività minerarie sono molto dirompenti: devi estrarre molto materiale per ottenere una piccola quantità di terre rare”, ha affermato la società in una nota. Professor Lindsay Greer dal Dipartimento di Scienza dei Materiali e Metallurgia di Cambridge, che ha condotto lo studio. “Tra i effetti ambientali e la grande dipendenza dalla Cina, c’è a ricerca urgente di materiali alternativi che non richiedono terre rare”.

tetrataenite, a lega di ferro e nichel con una certa struttura atomica ordinata, è una delle alternative più promettenti. La tetrataenite si forma nel corso di milioni di anni quando un meteorite si raffredda lentamente, dando agli atomi di ferro e nichel abbastanza tempo per disporsi in un particolare ordine di impilamento nella struttura cristallina, risultando infine in un materiale con proprietà magnetiche vicine a quelle dei magneti delle terre rare.

Negli anni ’60, gli scienziati sono stati in grado di formare artificialmente la tetrataenite bombardando leghe di ferro e nichel con neutronipermettendo agli atomi di formare la pila ordinata desiderata, ma questa tecnica non è adatta per la produzione di massa.

“Da allora gli scienziati sono stati affascinati dall’ottenere quella struttura ordinata, ma è sempre sembrato molto lontano”, ha detto Greer. Nonostante i numerosi tentativi nel corso degli anni, non è stato ancora possibile produrre tetrataenite su scala industriale.

Ora Greer e i suoi colleghi dell’Accademia austriaca delle scienze e del Università Montana di Leoben hanno trovato una possibile alternativa che non richiede milioni di anni di raffreddamento o irradiazione di neutroni.

Il team ha studiato le proprietà meccaniche di leghe di ferro e nichel che contengono piccole quantità di fosforo, un elemento presente anche in meteoriti. Il modello di fase in questi materiali ha mostrato la prevista struttura di crescita simile ad un albero chiamata dendriti.

“Per la maggior parte delle persone, sarebbe finito lì: niente di interessante da vedere nei dendriti, ma quando ho guardato più da vicino, ho visto un modello di diffrazione interessante che indicava una struttura atomica ordinata”, ha detto il primo autore, il Dr. il dottor Yuri Ivanovche ha completato il lavoro a Cambridge e ora ha sede presso l’Istituto Italiano di Tecnologia di Genova.

A prima vista, il pattern di diffrazione della tetrataenite sembra essere quello della struttura prevista per le leghe di ferro e nichel, ovvero un cristallo disordinato non interessante come potente magnete. Ivanov ha dato un’occhiata per identificare la tetrataenite, ma comunque, Greer dice che è strano che nessuno l’abbia notato prima.

I ricercatori affermano che il fosforo, che è presente nei meteoriti, consente agli atomi di ferro e nichel di muoversi più velocemente, consentendo loro di formare la pila ordinata necessaria senza aspettare milioni di anni. durante la miscelazione ferro, nichel e fosforo nelle giuste quantità, sono stati in grado di accelerare la formazione di tetrataenite da 11 a 15 ordini di grandezza, in modo che si formi in un semplice forno fusorio in pochi secondi.

“Ciò che era così sorprendente era che non era necessario alcun trattamento speciale. Abbiamo semplicemente fuso la lega, l’abbiamo versata in uno stampo e abbiamo ottenuto la tetrataenite”, ha detto Greer. “La precedente opinione sul campo era che non potevi ottenere tetrataenite a meno che tu non facessi qualcosa di estremo perché altrimenti lo faresti aspetta milioni di anni che si formi. Questo risultato rappresenta un cambiamento completo nel modo in cui pensiamo a questo materiale.

Sebbene i ricercatori abbiano trovato un metodo promettente per produrre tetrataenite, è necessario più lavoro per determinare se è adatto a magneti di alta qualità. Il team spera di collaborare con i principali produttori di magneti su questo.

Il lavoro potrebbe anche costringere a ripensare se la formazione di tetrataenite nei meteoriti richieda davvero milioni di anni.