Nuovi materiali per sostituire i magneti realizzati con terre rare

Nonostante la loro ubiquità nei dispositivi di immaginografia elettronici e medici, gli elementi delle terre rare sono difficili da trovare. Le nuove composizioni chimicamente stabili di materiali magnetici che non sono composti di elementi delle terre rare potrebbero risolvere il problema relativo alla fornitura.

Tecnologie industriali

Gli elementi delle terre rare sono un insieme di diciassette elementi della tavola periodica: scandio, ittrio e i 15 lantanidi. Essi possiedono proprietà magnetiche e conduttive che non si trovano in nessun’altra parte della corrente gamma di elementi chimici. Oggi, i più forti magneti permanenti con terre rare sono realizzati in neodimio, ferro e boro. Essi sono ampiamente utilizzati nei dischi rigidi dei computer e fanno parte dei meccanismi di azionamento di motori elettrici e ibridi. I magneti al neodimio vantano inoltre importanti applicazioni mediche, tra cui le tecnologie di immaginografia con risonanza magnetica. Mentre la domanda di elementi delle terre rare sta esplodendo, essi vengono estratti quasi interamente in Cina. Il progetto EXMAMA (Exploring new magnetic materials from first-principles), finanziato dall’UE, è nato con l’obiettivo di individuare alternative concrete per le applicazioni critiche che richiedono forti magneti permanenti. Questi nuovi materiali magnetici ecologici devono essere privi di elementi delle terre rare per garantire che il loro percorso di produzione non sia soggetto a restrizioni commerciali internazionali. A tale fine, gli scienziati EXMAMA hanno adottato un approccio dal basso in alto per la progettazione di materiali a base di strumenti teorici allo stato dell’arte. Basandosi su calcoli ab initio, gli scienziati hanno condotto un’indagine teorica sistematica su microstruttura e proprietà magnetiche di una vasta gamma di materiali con composizione chimica stabile. Questo ha contribuito a identificare un nuovo materiale con proprietà magnetiche paragonabili ai magneti delle terre rare. Inoltre, la temperatura di Curie prevista spazia nell’ordine dei 1 000 gradi Kelvin. Quindi, si prevede che tale materiale di nuova concezione superi l’attuale tecnologia del magnete a base di samario-cobalto, creando una nicchia per questi materiali in applicazioni che richiedono un’elevata resistenza magnetica ad alte temperature operative. La sintesi di questi nuovi magneti è attualmente in fase di studio sperimentalmente da parte dei colleghi del progetto EXMAMA in Germania, Giappone e Svizzera.