不含稀土的永久磁鐵

【Comment】

科技，也就是智慧財產，可以超越許多上帝的障礙。

科學家成功研發完全不含稀土元素的廉價FeNi磁鐵      每日頭條20151120

　　日本東北大學的研究小組於2015年11月17日宣佈，他們成功研發出完全不含釤(Sm)、鏑(Dy)、釹(Nd）等稀土元素的FeNi磁鐵。

　　該校牧野彰宏教授所帶領的“東北大學素材科技先導專案（文部科學省）超低損失磁心材料技術領域小組”成功完成本次研究，相關論文於2015年11月16日刊載在英國知名科學雜誌《Scientific Reports》上。

　　本次研究的最大課題在於如何開發出不依存於稀土的高性能磁鐵。人們在1960年代已經發現，在宇宙空間經過緩慢冷卻形成天然隕石中會含有微量的Fe-Ni磁鐵，它與釹磁鐵擁有相似的磁鐵特性，但是由於其形成需要數十億年的時間，被認為不可能通過人工方式在短時間內製作出來。

　　研究人員通過將Fe-Si-B-P-Cu系列納米晶軟磁性合金NANOMET中的Fe用Ni進行置換，創造出Fe-Ni半金屬合金，再使用該合金將經過液體速凍導致原子序列混亂的無定形金屬進行熱處理，通過使其納米結晶化獲得不含稀土元素的FeNi磁鐵。

　　無定形金屬結晶化速度極快，這也讓需要消耗數十億年的天然隕石中Fe-Ni形成時間，縮短至了300個小時。此外，由於該磁鐵不含有其他高價元素，所以原料成本相對較低。

　　研究小組表示，今後會將這種磁鐵作為新物質來進行基礎物理屬性、磁特性等方面的研究，並力爭拓展其作為實用性材料的發展潛力。

緩解稀土供應疑慮，美科學家找到全新永久磁鐵配方      科技新報20190411

釹、鏑是製造風力發電、電動車、軍用設備的重要稀土原料，一支風機基本上就需要 2,000 磅的釹、共 1 噸以上的稀土，電動車對稀土的需求更比傳統車型多 25 倍，因此隨著上述技術蓬勃發展，稀土供應也不斷受到各界重視，而最近美國科學家已找到全新解決方案，有望降低稀土的使用量。

談到稀土，就得說一下稀土為何物。雖然它被叫成 rare earth，但其實稀土不是土而是金屬，且稀土種類多含量也不少，是鈰、鈧、釔和鑭（有邊讀邊即可）等共 17 種化學元素的合稱，會被稱為稀土只是因為稀土金屬在土壤中以及跟其他物質混合在一起，過去比較難提煉。

稀土金屬用途廣泛，最重要的用途便是製造高磁性永久磁石，為永磁馬達跟發動機的主要材料，永久磁鐵會在線圈內旋轉進而發電、將機械能轉換成電能，而釹鐵硼磁鐵（NdFeB）便是市場上最常用的稀土磁鐵和最強大的永磁鐵。

稀土議題近年頻頻受到關注則是因為主要生產國開始調降開採量，目前稀土開採與冶煉主要依賴中國，該國供應全球近八成需求，像是大部分的釹都來是該國，但中國 2018 年下旬將開採、提煉配額調降 36%，使其他國家開始尋找新的替代方案。

最近美國能源部埃姆斯國家實驗室則相當看好兩種鈰鈷化合物，其分別為 CeCo3 跟 CeCo5，並表示鈰是種含量非常豐富且較容易提煉的稀土金屬，鈰鈷將有機會降低釹跟鏑的用量，甚至有望取而代之。

團隊指出，CeCo3 75% 為鈷，雖然是順磁體（paramagnet）不是永久磁體，但是能添入合金轉變成鐵磁體（ferromagnet），研究便發現，若在 CeCo3 中加入鎂金屬，它們就可以轉換成永久磁鐵，有助於緩解釹跟鏑的供應挑戰。

團隊進一步介紹，CeCo5 則是一種強大的鐵磁體，目前團隊也整合理論與實際實驗，將鐵與銅的含量降至最低、提高磁性，未來則希望 CeCo5 有朝一日能代替含有釹和鏑的磁石，假如能將需求量高的稀土磁鐵取而代之，對環境跟經濟都大有裨益。

埃姆斯國家實驗室科學家 Thomas Lograsso 表示，雖然這兩種鈰鈷化合物的性能尚不如稀土磁鐵，現在仍無法取代釹鐵硼磁鐵，但已經可代替一些較低階的磁鐵，未來團隊則會持續最佳化低階磁鐵跟非磁石的性能，希望能逐漸減少稀土的含量。

不過目前埃姆斯國家實驗室團隊尚未公布新技術的成本，畢竟 CeCo3 跟 CeCo5 皆含有大量的鈷金屬，而眾所周知，鈷同時也是鋰離子電池的重要材料，擴大鈰鈷在風機、電動車的應用或許也會影響鋰離子電池的市場。