Koniec závislosti od vzácnych zemín? Vedci vyrobili silné magnety z bežných kovov — má to však háčik

Permanentné magnety sú neviditeľnými ťahúňmi modernej techniky — poháňajú elektromotory áut, vibrujú v smartfónoch, krútia veternými turbínami aj diskami v dátových centrách. Tie najsilnejšie z nich však majú jednu nepríjemnú závislosť: potrebujú vzácne zeminy, ktorých ťažbu a spracovanie ovláda predovšetkým Čína.

Práve to by mohol zmeniť objav vedcov z Georgetownskej univerzity. Ukázali, že silné magnetické vlastnosti sa dajú dosiahnuť aj z bežne dostupných kovov — bez vzácnych zemín a bez drahých kovov.

Skôr než si však predstavíme lacnejšie elektromobily, treba povedať jeden háčik: zatiaľ ide o objav z laboratória, nie o magnet, ktorý si môžete kúpiť. Vysvetľujeme, čo presne dokázali a prečo je to aj tak dôležité.

Prečo sú vzácne zeminy problém

Najsilnejšie permanentné magnety (známe ako neodýmové) sú dnes všade tam, kde treba do malého priestoru natlačiť veľký výkon. Lenže ich kľúčové vlastnosti stoja na prvkoch vzácnych zemín, ako sú neodým či dysprózium.

S nimi sa spája hneď niekoľko problémov: ich ťažba produkuje toxický a často aj rádioaktívny odpad, je sústredená do malého počtu krajín a stáva sa nástrojom geopolitiky — obmedzenie vývozu dokáže rozkolísať celé priemyselné odvetvia.

Čo objavili v Georgetowne

Tím pod vedením profesorov Kaia Liua a Gena Yina spolu s doktorandom Williem Beesonom predstavil novú triedu materiálov — takzvané vysokoentropické boridy. Sú postavené na bežných prechodných kovoch a bóre, teda na prvkoch, ktorých je v prírode dostatok, a neobsahujú ani vzácne zeminy, ani drahé kovy.

Kľúčové je, že vedci ukázali, že aj z týchto bežných prvkov možno „vyladiť“ vysokú magnetickú anizotropiu — vlastnosť, ktorú práve tie najsilnejšie permanentné magnety potrebujú a ktorá doteraz takmer vždy stála na vzácnych zeminách. Výsledky vyšli v odbornom časopise Advanced Materials.

Háčik: zatiaľ len v laboratóriu

Tu však treba ostať triezvy. Materiály boli zatiaľ pripravené v laboratóriu ako tenké vrstvy, ide teda o vedecký dôkaz konceptu — nie o hotový magnet pripravený do výroby. Cesta z laboratória do bežného priemyslu býva dlhá: treba overiť výkon za reálnych podmienok, stabilitu, možnosť výroby vo veľkom aj výslednú cenu.

Inými slovami: neznamená to, že neodýmové magnety zo dňa na deň skončia. Znamená to, že sa objavila sľubná nová cesta, ktorou sa dá ísť ďalej.

Prečo to aj tak môže byť dôležité

Ak sa podarí takéto magnety dotiahnuť do praxe, výsledkom by boli lacnejšie a ekologickejšie komponenty a menšia závislosť od dovozu vzácnych zemín. To je strategicky dôležité pre Európu aj USA — a v konečnom dôsledku by sa to mohlo premietnuť aj do cien elektromobilov a elektroniky.

Georgetownský objav navyše nie je osamotený. Po alternatívach k vzácnym zeminám dnes pátra viacero tímov po celom svete, ktoré si na hľadanie nových materiálov berú na pomoc aj umelú inteligenciu a výkonné počítače. Vzácne zeminy sa tak možno raz stanú o niečo menej „vzácnymi“ — aspoň čo sa našej závislosti na nich týka.

Zdroje: Georgetown University, časopis Advanced Materials (Beeson et al.), phys.org, VEDA NA DOSAH. Spracovala redakcia.