Il progetto Heusler mira a produrre magneti permanenti che, a differenza dei magneti permanenti di oggi, contengono solo metalli prontamente disponibili
I magneti permanenti forti sono indispensabili per molte applicazioni tecniche, ad esempio nella diagnostica medica, per la generazione di energia o per l'elettromobilità. Allo stato attuale, le leghe contenenti metalli delle terre rare sono utilizzate per questo scopo. Le loro risorse sono limitate. Pertanto, i ricercatori del progetto Heusler sono alla ricerca di composti con lo stesso nome in cui vari metalli per lo più non magnetici formino un materiale magnetico permanente.
A volte la ricerca scientifica tocca la grande politica mondiale. Il progetto Heusler ne è un esempio. Scienziati del Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids and Microstructure Physics e del Fraunhofer Institute for Mechanics of Materials IWM sono alla ricerca di composti chimici che possono anche essere costituiti interamente da elementi non magnetici e sono ancora adatti come magneti permanenti. I potenti magneti permanenti sono necessari nei motori elettrici, negli scanner per immagini a risonanza magnetica, nelle turbine eoliche e per l'archiviazione dei dati. Tali magneti oggi contengono metalli delle terre rare, che ascoltano nomi melodiosi come samario o neodimio. Questo è esattamente il punto in cui la scienza dei materiali diventa una questione politica. Perché oggi quasi tutti i metalli rari provengono dalla Cina. L'entusiasmo in molte aziende e politici in tutto il mondo è stato altrettanto grande quando il paese ha limitato l'esportazione di terre rare nel 2010 per motivi di protezione ambientale, come veniva chiamata.
Anche se la Cina ha ora revocato le restrizioni sulle esportazioni, gli scienziati del progetto Heusler vogliono porre fine alla loro dipendenza dai metalli delle terre rare e dalla politica di esportazione cinese. "Stiamo cercando nuovi magneti permanenti realizzati con materiali facilmente disponibili", spiega Claudia Felser, direttrice dell'Istituto Max Planck per la fisica chimica dei solidi a Dresda e uno dei coordinatori del progetto di ricerca. "E non cerchiamo tali materiali da nessuna parte, ma tra i composti Heusler." I composti Heusler sono spesso costituiti da metalli non magnetici come manganese, rame, gallio, stagno o alluminio. A causa della loro interazione chimica, questi metalli possono adottare proprietà magnetiche. I composti magnetici Heusler possono anche contenere metalli magnetici come cobalto, nichel o ferro.
I composti adatti vengono prima simulati e quindi sintetizzati
Dopo una combinazione di diversi metalli, che non è inferiore nell'attrattiva per i magneti permanenti di oggi, gli scienziati stanno cercando in modo molto sistematico la cooperazione. "Per prima cosa calcoliamo quali composti potrebbero avere le proprietà desiderate", spiega Eberhard Groß, direttore del Max Planck Institute for Microstructure Physics di Halle an der Saale. Dipende non solo dalla scelta degli elementi, ma anche dall'esatto rapporto di miscelazione. Il team attorno a Claudia Felser sintetizza quindi i composti, che si sono presentati promettentemente in simulazioni.
"Per le connessioni magnetiche morbide, le previsioni teoriche funzionano molto bene", afferma Eberhard Groß. I materiali magnetici morbidi hanno spesso un momento magnetico elevato e possono essere magnetizzati e smagnetizzati anche da piccoli campi magnetici. Quest'ultima è una caratteristica gradita in molte applicazioni, ad esempio nei generatori convenzionali, ma non nei magneti permanenti. Questi sono magnetici duri, quindi possono essere magnetizzati e smagnetizzati solo con campi magnetici elevati. Tuttavia, i materiali magnetici duri spesso hanno solo un piccolo momento magnetico. "Vogliamo entrambi: un grande momento magnetico che può essere invertito solo con un forte campo magnetico", afferma Claudia Felser.
Per i magneti duri, la microstruttura è importante
È qui che entrano in gioco Thomas Höche, scienziato dell'Istituto Fraunhofer per la meccanica dei materiali IWM di Halle, e i suoi dipendenti. Sono ben versati su come la microstruttura di un materiale influenza le sue proprietà. "Soprattutto con materiali magnetici duri, questo svolge un ruolo importante", afferma Claudia Felser.
Un materiale che può essere fortemente magnetizzato con forti campi magnetici, ha già trovato i ricercatori di Claudia Felser, ma ha solo un momento magnetico evanescente. Come magnete permanente, il materiale non è quindi ancora adatto. Contiene anche platino e gallio e due materiali non esattamente disponibili. Tuttavia, i ricercatori hanno già iniziato a utilizzare questo materiale, prevedendo ulteriori combinazioni di metalli che soddisfino meglio i requisiti.
"Ma non si tratta solo di trovare un singolo materiale in grado di sostituire i magneti permanenti delle terre rare", afferma Claudia Felser. "Vogliamo capire la fisica chimica dei composti di Heusler così bene da poter adeguare in modo specifico le loro proprietà." Se raggiungono questo obiettivo, i partner della cooperazione non dovrebbero temere che una combinazione promettente sarà superata dalla coincidenza di un altro gruppo. Perché la ricerca sistematica dovrebbe aiutarli a trovare da soli la composizione ottimale. E quando li trovano, i colleghi Fraunhofer sono di nuovo richiesti. Hanno anche molta esperienza nell'uso di materiali con potenziale economico.
Fonte: http://www.mpg.de/9390334/heusler-permanent-magnet
Testo: Peter Hergersberg
