研究人员发现了一种潜在的新方法，可以在不需要稀土元素的情况下制造用于风力涡轮机和电动汽车的高性能磁铁，而稀土元素几乎完全来自中国。

剑桥大学的一个团队与来自奥地利的同事合作，找到了一种可能替代稀土磁铁的新方法：四带铁矿，这是一种需要数百万年才能在陨石中自然形成的“宇宙磁铁”。

以前在实验室中制造tetrataenite的尝试依赖于不切实际的极端方法。但是添加一种常见的元素——磷——可能意味着可以人工和大规模地制造tetrataenite，而无需任何专门的处理或昂贵的技术。

结果发表在《高级科学》杂志上。该技术的专利申请已由剑桥大学商业化机构剑桥企业和奥地利科学院提交。

高性能磁体是建立零碳经济的重要技术，目前可用的最好的永磁体含有稀土元素。尽管它们的名字，稀土在地壳中含量丰富。然而，中国几乎垄断了全球生产：2017年，全球81%的稀土来自中国。澳大利亚等其他国家也开采这些元素，但随着与中国的地缘政治紧张局势加剧，人们担心稀土供应可能面临风险。

“稀土矿床存在于其他地方，但采矿作业极具破坏性：你必须提取大量材料才能获得少量稀土，”剑桥大学材料科学与冶金系的LindsayGreer教授说，他领导了该研究。研究。“在环境影响和对中国的严重依赖之间，迫切需要寻找不需要稀土的替代材料。”

Tetrataenite是一种具有特定有序原子结构的铁镍合金，是这些替代品中最有前途的一种。随着陨石缓慢冷却，四铁矿在数百万年的时间里形成，使铁和镍原子有足够的时间在晶体结构中排列成特定的堆叠顺序，最终产生一种磁性接近稀土磁体的材料。

在1960年代，科学家们能够通过用中子轰击铁镍合金来人工形成四缟长体，使原子能够形成所需的有序堆叠，但这种技术并不适合大规模生产。

“从那时起，科学家们一直对获得这种有序结构着迷，但它总是感觉像是很遥远的东西，”格里尔说。尽管多年来进行了许多尝试，但仍然不可能在任何接近工业规模的情况下制造四带钢。

现在，来自奥地利科学院和莱奥本蒙塔大学的格里尔和他的同事们发现了一种可能的替代方案，它不需要数百万年的冷却或中子辐照。

该团队正在研究含有少量磷的铁镍合金的机械性能，磷也存在于陨石中。这些材料内部的相模式显示出预期的树状生长结构，称为树突。

“对于大多数人来说，它会在那里结束：在枝晶中看不到任何有趣的东西，但当我仔细观察时，我看到了一个有趣的衍射图案，表明有序的原子结构，”完成这项工作的第一作者YuriiIvanov博士说在剑桥期间，现在在热那亚的意大利理工学院工作。

乍一看，四带铁矿的衍射图案看起来像铁镍合金的预期结构，即作为高性能磁体不感兴趣的无序晶体。伊万诺夫仔细观察后才发现了这块四链石，但即便如此，格里尔说，奇怪的是以前没有人注意到它。

研究人员说，存在于陨石中的磷可以让铁和镍原子移动得更快，使它们能够形成必要的有序堆叠，而无需等待数百万年。通过混合适量的铁、镍和磷，他们能够将四带铁矿的形成速度提高11到15个数量级，使其在简单的铸造中在几秒钟内形成。

“令人惊讶的是，不需要特殊处理：我们只是将合金熔化，将其倒入模具中，然后我们就得到了tetrataenite，”Greer说。“该领域之前的观点是，除非你做一些极端的事情，否则你无法得到四带铁矿，否则你必须等待数百万年才能形成。这一结果代表了我们对这种材料的看法发生了彻底的变化。”

虽然研究人员已经找到了一种有前途的方法来生产tetrataenite，但还需要做更多的工作来确定它是否适用于高性能磁体。该团队希望与主要的磁铁制造商合作。

这项工作也可能会迫使人们对陨石中四带铁的形成是否真的需要数百万年的时间进行修改。