“宇宙磁鐵”在實驗室中重現,有望成為稀土替代品
稀土元素是電子和機械設備的一個關鍵部分,然而它們供不應求。現在,科學家們已經找到了一種方法來重新創造一個有希望的替代品–通常需要數百萬年才能在隕石中形成的“宇宙磁鐵”,現在則可以在實驗室裡幾秒鐘內就能煮出來。
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我們的許多電子設備和機械部件都依賴於稀土。對於更環保的技術來說尤其如此–高性能磁鐵,從風力渦輪機到電動汽車,都需要這些元素。但不幸的是,雖然在地殼中實際上並不罕見,但它們很難開採。
這項研究的首席研究員Lindsay Greer教授說道:“其他地方也有稀土礦藏,但採礦作業具有高度的破壞性:你必須提取大量的材料來獲得小量的稀土。在環境影響和對中國的嚴重依賴之間,一直在緊急尋找不需要稀土的替代材料。”
因此,科學家們一直在研究如何從舊電池和電子產品中回收稀土、從廢水等新來源中提取稀土並找到可以發揮類似功能的更多普通礦物。
在這項新研究中,來自劍橋大學的研究人員調查了一種有希望的替代物,即四氧化二氮礦。這種礦物是一種鐵和鎳的合金,以堆疊的晶體結構排列,這使其擁有類似於稀土磁鐵的磁性。當然,其優點是鐵和鎳更容易獲得。
問題是,四氧化二氮是很難找到的–它主要出現在隕石樣本中,據稱它是在數百萬年後才形成的。以前在實驗室里人工生產它的嘗試已經顯示出一些成功,但這些技術是不可擴展的。
在仔細檢查四氧化二氮的隕石樣本時,研究小組發現,磷在混合物中,有助於加速鐵和鎳原子排列成堆結構。因此,他們將鐵、鎳和磷以特定的數量混合在一起並發現四元隕石的形成速度高達15個數量級–基本上是在幾秒鐘內。
Greer說道:“令人驚訝的是,不需要特殊處理:我們只是熔化了合金,把它倒入一個模具,我們就有了四氧化二氮。該領域以前的觀點是,除非你做一些極端的事情,否則你不可能得到四碳酸鹽,不然的話,你必須等待數百萬年才能形成它。這一結果代表了我們對這種材料的思考方式的徹底改變。”
該團隊表示,這一發現可能會導致一種可行的稀土磁鐵替代品–儘管還需要做更多的工作來檢查以這種方式創造的四氧化二氮是否能在這些磁鐵中發揮作用。