U.S. Department of Energys (DOE:s) Critical Materials Institute har utvecklat en låg kostnad, högpresterande permanentmagnet genom att hämta inspiration från en källa som inte är den här världen:järn-nickellegeringar i meteoriter. Magneten konkurrerar med allmänt använda "Alnico"-magneter i magnetisk styrka och har potential att fylla en stark efterfrågan på sällsynta jordartsmetaller och koboltfria magneter på marknaden.

Här på jorden, de starkaste permanentmagneterna är de som innehåller de sällsynta jordartsmetallerna neodym-NdFeB-magneter. Näst starkast är samarium-kobolt, eller SmCo-magneter. Innan sällsynta jordartsmagneter utvecklades på 1970-talet, de starkaste magneterna var gjorda av aluminium-nickel-kobolt, eller Alnico, som fortfarande används i stor utsträckning idag i applikationer som sträcker sig från elmotorer till konsumentelektronik.

Problemet med dessa starka men jordiska konstgjorda permanentmagneter är att de innehåller kritiska element - sällsynta jordartsmetaller i fallet med NdFeB och SmCo, och kobolt i fallet med SmCo och Alnico – sådana som är mycket efterfrågade på många tekniker och för vilka tillverkare betalar en premie för ett ibland opålitligt utbud.

"De magnetiska legeringar av järn-nickel som finns i meteorer är sällsynta jordartsmetaller och koboltfria, men är mycket ordnade och tar miljontals år att producera på naturlig väg, sa Vitalij Pecharsky, forskare vid U.S. DOE:s Ames Laboratory och CMI. "Vårt team - Oleksandr Dolotko, Ihor Hlova, Shalabh Gupta, och Anis Biswas – utvecklade en metod för att producera de magnetiska egenskaperna hos järn-nickellegeringar som redan presterar på Alnicos nivå, men på ett mycket snabbare sätt."

Metoden introducerar ett stort antal defekter i en järn- och nickellegering. Det sätts sedan i reaktion med ammoniak, vilket resulterar i en kemiskt ordnad prekursor järn-nickel-kväve, eller FeNiN. Nästa steg extraherar kvävet från materialet, utan att störa ordningen på kvarvarande järn och nickel.

Pecharsky sa att ammoniakprocessen är skalbar och tillförlitligt ger prekursormaterialet till cirka 98 procent. Slutprodukten har en energitäthet på 6 MG-Oe, vilket gör den jämförbar med Alnico-magneter, och utrymmet för ytterligare förbättringar är stort.

"Det finns en efterfrågan på marknaden för magneter som fyller gapet i tekniska applikationer mellan den högre delen, starkaste permanentmagneter från sällsynta jordartsmetaller, och alternativ med lägre hållfasthet, ", sa Pecharsky. "Vi ser detta få bred användning i det gapmagnetutrymmet."

The Critical Materials Institute är en Department of Energy Innovation Hub som leds av U.S. Department of Energy's Ames Laboratory och stöds av Office of Energy Efficiency and Renewable Energy's Advanced Manufacturing Office, som stöder tillämpad forskning i tidigt skede för att främja innovation inom amerikansk tillverkning och främja amerikansk ekonomisk tillväxt och energisäkerhet. CMI söker sätt att eliminera och minska beroendet av sällsynta jordartsmetaller och andra material som är föremål för störningar i leveranskedjan.