優質永磁體的來歷

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  “我有一張優質磁鐵需要滿足的要求列表,”康斯坦丁尼德斯說,“要展開可很長!爆F代的鐵基或者鐵氧體磁鐵,在價廉原材料豐富上各有一個勾,它們的磁性相對也足夠強,而且抗腐蝕性也獨占鰲頭,但它們有一個致命缺點:能量密度太低。這意味著,如果想要強磁場的話,你就要用大得可怕的一堆鐵氧體做成一塊巨型磁鐵!拌F氧體磁鐵就是又大又沉的大鐵塊,”劉易斯補充道。

對于工業界或是大型動力機組中使用的粗重機械而言,這也還過得去。但在如今這個精雕細琢的電子時代,我們需要身形更為玲瓏的磁鐵。但如何才能造出這樣的磁鐵來呢?固體材料中大量的電子和它們之間的自旋相互作用過于復雜了,理論物理學家想要精確判斷它們的行為,簡直毫無勝算。因此,制造更優良磁鐵很大程度上都依賴于冶金學家的黑暗魔法:混合各種可能的元素,然后放入磁場,看命運之輪會如何變化。

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這種神農嘗百草的方法一直屢試不爽。20世紀30年代合成的鋁-鈷-鎳磁鐵,能量密度就是最好的鐵氧體磁鐵的兩倍。但真正的突破還是以上世紀70年代發現鑭系元素或者叫稀土元素的磁性潛力為開端的。這些元素在元素周期表上總是獨立成區,無一例外都能貢獻大量自旋相互平行織連成片的電子。用鈷和稀土元素釤的混合物做出的磁鐵,儲能甚至比鋁-鈷-鎳磁鐵還要高一倍。

當然,選秀中的最大明星還要屬由稀土元素釹加上鐵和硼制成的磁鐵。在上世紀90年代之前,這些釹系磁鐵得到了突飛猛進的發展,以至于指甲蓋那么大一塊磁鐵產生的磁場,比整個地球鐵質核心的磁場還要強數千倍!笆覝叵,釹磁鐵是我們目前所知的最強磁鐵,”康斯坦丁尼德斯如此評論道。


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