Monocristais de CeCo 3 sintetizado pelo método de crescimento em solução. Crédito:Andriy Palaysuik
De discos rígidos de computador e smartphones a fones de ouvido e motores elétricos, os ímãs estão na vanguarda da tecnologia atual. Os ímãs contendo elementos de terras raras estão entre os mais poderosos disponíveis, permitindo que muitos objetos do dia-a-dia sejam cada vez menores. Mas os elementos de terras raras podem ser difíceis de obter, dada a sua escassez ou os climas geopolíticos desafiadores de algumas das nações onde são minadas. Agora, cientistas identificaram ímãs com base em terras raras mais facilmente obtidas, bem como alguns imãs promissores que não contêm esses materiais.
Os pesquisadores apresentarão suas descobertas hoje no Encontro e Exposição Nacional da American Chemical Society (ACS) na primavera de 2019.
"Desenvolvemos novas maneiras de prever melhor quais materiais são bons ímãs, "diz Thomas Lograsso, Ph.D., quem liderou a equipe. "Experimentalmente, podemos 'reabilitar' sistemas quase magnéticos, chamados paramagnetos. Começamos com ligas ou compostos que têm todas as propriedades certas para serem ferromagnéticos em temperatura ambiente. Muitas vezes, esses materiais têm altas proporções de ferro ou cobalto. "
Paramagnetos são materiais fracamente atraídos por um campo magnético e não são magnetizados permanentemente. Mas, adicionando ligas, paramagnetos foram transformados em ferromagnetos, ou ímãs permanentes regulares, como a superfície de metal de uma geladeira. A equipe de Lograsso no Instituto de Materiais Críticos do Laboratório Ames identificou dois candidatos promissores até agora usando esta abordagem "reabilitadora", e ambos são formas de cobalto de cério:CeCo 3 e CeCo 5 . Embora o cério seja chamado de elemento de terras raras, é muito abundante e fácil de obter.
Trabalho anterior no CeCo 3 mostrou que exibia comportamento paramagnético clássico. Os cálculos previram que, adicionando magnésio, CeCo paramagnético 3 poderia ser transformado em um ferromagneto. Essas previsões foram validadas experimentalmente, Lograsso diz, e esta propriedade foi observada em medições de monocristais do composto.
CeCo 5 é um forte ferromagneto. Os pesquisadores combinaram cálculos teóricos com experimentos de alto rendimento para zerar a quantidade exata de cobre e ferro para adicionar que otimizaria o ferromagnetismo do composto. Com esses aditivos, a equipe antecipa que o CeCo 5 poderia algum dia ser usado no lugar dos mais fortes ímãs de terras raras que contêm neodímio (Nd) e disprósio (Dy), facilitando assim a demanda por esses elementos críticos. Lograsso e colegas continuam investigando outros metais semelhantes que podem ser adicionados ao CeCo 5 para melhorar ainda mais sua adequação como um substituto viável para os ímãs Nd e Dy.
"Substituindo ímãs de terras raras, que estão em alta demanda, seria ideal, tanto econômica quanto ambientalmente, "Lograsso diz." Embora nossos compostos de cério-cobalto modificados não sejam tão poderosos quanto os ímãs de terras raras, eles ainda podem ser altamente valiosos para certas aplicações comerciais. Então, nosso objetivo é combinar o material de ímã certo para uma aplicação específica - um chamado ímã de terras não raras 'Cachinhos Dourados'. "
Para esse fim, o grupo continua a usar sua estratégia para otimizar as características-chave de ímãs ou não ímãs ruins para transformá-los em alternativas totalmente livres de elementos de terras raras. Por exemplo, eles agora estão usando cobalto para otimizar o desempenho do ferro germânio, Fe 3 Ge. A alta magnetização do composto resultante é comparável aos melhores ímãs baseados em Nd. Esta estratégia não se limita apenas ao Fe 3 Ge e está sendo aplicado a outros compostos livres de terras raras promissores para melhorar seletivamente as propriedades do ímã.
