Daha çevre dostu mıknatıslara giden uygun bir yol malzeme bilimcileri tarafından gösterildi. Bu mıknatıslar meteoritlerde bulunan bir demir-nikel alaşımıdır.
Rüzgar türbinleri ve elektrikli arabalar gibi birçok temel yeşil teknoloji, yüksek performanslı mıknatısların gücü üzerine inşa edilmiştir.
Tetrataenit Nedir?
Ancak bu cihazların nadir toprak bileşenleri için madencilik yapılması çevre üzerinde önemli bir olumsuz etkiye sahip olabilir. Sonuç olarak, bilim insanları nadir toprak mıknatıslarına alternatifler arıyor ve tetragonal kristal yapıya sahip bir demir-nikel alaşımı olan tetrataenit önde gelen adaylardan biri.
Tetrataenit tipik olarak meteoritlerde binlerce yıl süren son derece yavaş soğumayla oluşur, ancak yeni bir çalışma bu mıknatısı laboratuvarda sadece birkaç saniye içinde oluşturmanın bir yolunu keşfetti. Süreç henüz kullanışlı bir mıknatıs üretmese de, araştırmacılar daha fazla araştırmanın “kozmik mıknatısların” manyetik özelliklerini geliştireceğini ve nasıl oluşturulduklarına ışık tutacağını umuyorlar.
Tetrataenit meteorit örnekleri ilk olarak 1980’lerde keşfedilmiştir. Sıklıkla rastlanan iki element olan demir ve nikel, bu manyetik malzemeyi oluşturmak için manyetik momentlerin tek yönde eğimli olduğu basit bir tetragonal konfigürasyonda birleştirilmiştir.
Yüksek performanslı mıknatıslar, tek eksenli manyetik anizotropi olarak adlandırılan bu özelliğe ihtiyaç duyar.
Tetrataenit bu nedenle nadir toprak mıknatıslarının yerine geçebilecek maddeler arayan bilim insanlarının ilgisini çekmiştir.
Sorun, meteoritlere dayalı tetrataenit üretme yönteminin son derece yavaş soğutma oranları gerektirmesidir (yılda 0,01 K’den az). Çoğu durumda, demir-nikel bileşenlerini daha hızlı soğutmaya çalışmak, gerekli tetragonal yapı yerine kübik bir kristal yapıyla sonuçlanır.
Tetrataenit, bilim insanları tarafından laboratuvarda küçük miktarlarda oluşturulmuştur, ancak yalnızca nötron ışınlaması gibi son derece zor koşullar altında.
Cambridge Üniversitesi’nde Lindsay Greer, Yurii Ivanov ve arkadaşları şimdi bu metali sıradan ortamlarda hızla oluşturmak için bir teknik keşfettiler. Araştırmacılara göre, tetrataeniti oluşturan meteoritlerin bir bileşeni olan fosfor elementi, kendilerinden saklanan bir sırdı.
Greer’e göre meteoritik bileşimlerde fosforun difüzyonu hızlandırdığı biliniyor. Ancak henüz hiç kimse fosforun laboratuvar ortamında tetrataenit üretimi üzerindeki potansiyel etkisini araştırmamıştı.
Ivanov, fosforun varlığının, nötron ışınlaması gibi işlemler kullanılmadan tetrataenit sentezini mümkün kılmak için gerekli olduğunu iddia ediyor.
Tetrataenit, çalışma ekibinin ilk hedefi değildi. Bunun yerine, normalde düzensiz, cam benzeri Fe-Ni-P-B alaşımlarının mekanik özellikleri hakkında daha fazla bilgi edinmek istediler. Alaşım bileşenleri 1123 K sıcaklığa kadar ısıtıldı ve ardından ekibin standart döküm sürecinin bir parçası olarak hızla soğutuldu.
Katılaşmış numunelerde dendrit olarak bilinen ince dallardan oluşan bir desen mevcuttu. Araştırmacılar, bu özellikleri x-ışını kırınımı ve transmisyon elektron mikroskobu ile analiz ettikten sonra tetrataenitin kimyasal olarak organize yapısını keşfettiklerinde şok oldular. Bilim insanları, fosforun alaşım bileşenlerindeki elementlerin oranlarını değiştirerek malzemelerin düzenini hızlandırmakla görevli olduğunu keşfetti.
Bulgular, tetrataenitin meteoritlerin yaşadığından 100 milyar kat daha hızlı soğuma hızlarında oluşabileceğini gösterdi.
Tetrataenit ilgi çekici bir şekilde üretiliyor, ancak Trinity College Dublin mıknatıs uzmanı Michael Coey bu maddenin temel mıknatıs enerjisi gereksinimlerini karşılayıp karşılamadığını sorguluyor. Tetragonal düzenli Fe-Ni alaşımları yeni bir eriyik döküm tekniği kullanılarak üretildiğinden Coey, çalışmanın tetrataenit üzerine gelecekteki araştırmaların yönü üzerinde bir etkisi olacağını öngörüyor. Ancak bu alaşımların herhangi bir kalıcı mıknatıs uygulamasında nadir toprak elementlerinin yerini alabileceğini hiç sanmıyorum.
Greer ve Ivanov, tetrataenitin manyetik özellikleri hakkında şu anda mevcut olan minimum verilerin, yüksek performanslı neodim tabanlı mıknatıslarla potansiyel bir uyumsuzluğa işaret ettiği konusunda hemfikir. Ancak araştırmacılara göre, tetrataenit döküm sürecinin optimize edilmesi, malzemenin manyetik özelliklerini geliştirebilir ve onu uygulanabilir bir seçenek haline getirebilir. Greer’e göre, daha kalıcı mıknatıs malzemeleri, manyetik performans ve çevresel etki gibi unsurların daha iyi dengelenmesini sağladıkları için faydalıdır. “Nadir toprak mıknatıslarını bire bir takasta kullanmak ille de amaç değildir.”
Ekip şimdilik bir parça tetrataenitin nasıl oluşturulacağını gösterdi, ancak gelecekteki çalışmaların çok sayıda parçanın toplu bir mıknatıs halinde nasıl birleştirileceğine odaklanacağını iddia ediyorlar. Greer şöyle açıklıyor: “Bir benzetme yapacak olursak, bir tuğla -bir parça tetrataenit- üretebileceğimizi gösterdik ama henüz bir ev -bir mıknatıs- üretemedik.
Bilim insanları tetrataenitin bir meteoritte oluşmasının ne kadar sürdüğünü ve bu uzay ortamında soğuma hızının ne kadar hızlı olduğunu yeniden değerlendirirken, bu çalışmanın malzeme biliminin yanı sıra astrofizik araştırmaları için de etkileri olabilir.
Kaynak: physics.aps.org/articles/v15/18
