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磁體製作的新里程碑

102/04/08 瀏覽次數 10505
磁體在現今的許多產業中,都佔有重要角色,如通訊、電子、發電等產業都需要大量的磁體作為配件。但磁體製作所面對的問題是材料的取得問題。現今的磁體都需要具備體積小、效能高且又有足夠的穩定性。而這樣的磁體大多需要釹(neodymium)、鏑(dysprosium)等稀土金屬(rare-earth metal)為原料,但是這些金屬的產量極少,也造成製作成本水漲船高。在製作過程中,又要同時配合許多高科技條件的配合,如奈米粒子、高溫與濺鍍(sputtering)技術,才能製成品質較佳的磁體。

現在許多磁體研究者,為了因應原料價格飛漲與市場壟斷的隱憂,也分別開發不同的磁體製作方式。2013年1月在波士頓所舉辦的材料研究研討會中,研究成果顯示學者們並非是著重在稀土金屬製作磁體過程的創新,而是從製作過程的精準性下手。

物理學教授賽爾米厄(David J. Sellmyer)認為永磁性磁體在通訊產業中所提供體積小與效能高的特色,讓這類磁體已經是產業中不可或缺的原料。而這些磁體的磁力主要是來自過渡金屬(transition metal)。因此賽爾米厄的研究就是在處理這些結合了高磁性與高各向異性(anisotropy)的複合材料,藉由讓材料的長度極小化,來讓成分間自動產生磁力而結合。不過製作出來的大小、晶體結構、磁體奈米粒的純度都難以控制,主要的原因在於製作過程的高溫會導致奈米粒的結合而變大。他的研究也指出未來的研究可以朝非高溫的奈米粒製作技術發展。

化學機械教授路易絲(Laura H. Lewis)則試圖從開發奈米大小的非稀土金屬結構,來固定住材料的磁性,並製造出有力的永磁體。她的研究團隊試圖研究隕石中的金屬結構,運用穿透式電子顯微鏡(electron microscopy)和磁力顯微儀等器材與技術來分析其成分並加以運用。

阿姆斯國家實驗室(Ames Laboratory) 則是評估了回收磁鐵中的稀土金屬之可行性。他們的研究顯示,若非經過最優化的液態萃取法,回收到的稀土金屬最多只有98%的純度,而純度會影響磁鐵的磁性。即使日本、韓國與歐洲致力於萃取法的優化,迄今未有顯著的成果,但是阿姆斯國家實驗室仍認為這是一個前景光明的研究方向。

路易絲在研討會中說到:「這是一個高風險的研究,但其成果帶來的效益將無可限量。」雖然在這個研討會中有許多新的思維,不過學者們也承認在諸多的方法中,哪一項的效益最大仍是未知數。正如阿諾德磁鐵技術公司(Arnold Magnetic Technologies)技術主管康斯坦丁尼德斯(Steven Constantinides)所言:「任何事都是有可能發生的。或許今天我們只是簡單地用不同的方法混和某些金屬,不知道哪一天卻可能會引領出新磁體材料的問世!」(本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿)

責任編輯:陳藹然|臺灣大學科學教育發展中心

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