Cílem projektu Heusler je vyrábět permanentní magnety, které na rozdíl od dnešních permanentních magnetů obsahují pouze snadno dostupné kovy
Silné permanentní magnety jsou nezbytné pro mnoho technických aplikací, například v lékařské diagnostice, pro výrobu energie nebo pro elektromobilitu. V současné době se pro tento účel používají slitiny obsahující kovy vzácných zemin. Jejich zdroje jsou omezené. Vědci projektu Heusler proto hledají sloučeniny stejného jména, v nichž různé většinou nemagnetické kovy tvoří permanentní magnetický materiál.
Vědecký výzkum se někdy dotýká velké světové politiky. Příkladem toho je projekt Heusler. Vědci z Institutu Maxe Plancka pro chemickou fyziku pevných látek a fyziky mikrostruktur a Fraunhoferova institutu pro mechaniku materiálů IWM hledají chemické sloučeniny, které mohou dokonce sestávat úplně z nemagnetických prvků a jsou stále vhodné jako permanentní magnety. Silné permanentní magnety jsou potřebné v elektrických motorech, ve skenerech pro zobrazování magnetickou rezonancí, ve větrných turbínách a pro ukládání dat. Takové magnety dnes obsahují kovy vzácných zemin, které poslouchají tak melodická jména jako samarium nebo neodym. To je přesně to, kde se věda o materiálech stává politickým problémem. Protože dnes téměř všechny vzácné kovy pocházejí z Číny. Nadšení mnoha společností a politiků po celém světě bylo odpovídajícím způsobem velké, když země v roce 2010 omezila vývoz vzácných zemin z důvodu ochrany životního prostředí, jak se tomu říkalo.
I když Čína nyní zrušila omezení vývozu, vědci projektu Heusler chtějí ukončit svou závislost na kovech vzácných zemin a čínské vývozní politice. „Hledáme nové permanentní magnety vyrobené ze snadno dostupných materiálů,“ vysvětluje Claudia Felser, ředitelka Institutu Maxe Plancka pro chemickou fyziku pevných látek v Drážďanech a jeden z koordinátorů výzkumného projektu. "A takové materiály nehledáme nikde, ale mezi Heuslerovými sloučeninami." Heuslerovy sloučeniny se často skládají z nemagnetických kovů, jako je mangan, měď, galium, cín nebo hliník. Díky své chemické interakci mohou tyto kovy převzít magnetické vlastnosti. Magnetické Heuslerovy sloučeniny mohou také obsahovat magnetické kovy, jako je kobalt, nikl nebo železo.
Vhodné sloučeniny se nejprve simulují a poté syntetizují
Po kombinaci různých kovů, která není přitažlivější pro dnešní permanentní magnety, vědci hledají spolupráci systematicky. „Nejprve vypočítáme, které sloučeniny by mohly mít požadované vlastnosti,“ vysvětluje Eberhard Groß, ředitel Institutu Maxe Plancka pro fyziku mikrostruktury v Halle an der Saale. Závisí to nejen na výběru prvků, ale také na přesném směšovacím poměru. Tým kolem Claudia Felser poté syntetizuje sloučeniny, které se v simulacích slibně prezentovaly.
„Pro měkká magnetická spojení fungují teoretické předpovědi velmi dobře,“ říká Eberhard Groß. Měkké magnetické materiály mají často vysoký magnetický moment a mohou být magnetizovány a demagnetizovány i pomocí malých magnetických polí. Ten je vítanou funkcí v mnoha aplikacích, například u konvenčních generátorů, ale ne u permanentních magnetů. Jedná se o tvrdé magnetické prvky, takže je možné je magnetizovat a demagnetizovat pouze s vysokými magnetickými poli. Tvrdé magnetické materiály však často mají jen malý magnetický moment. „Chceme obojí: skvělý magnetický moment, který lze zvrátit pouze se silným magnetickým polem,“ říká Claudia Felser.
Pro tvrdé magnety je důležitá mikrostruktura
Zde přichází do hry Thomas Höche, vědec Ústavu mechaniky materiálů Fraunhofer IWM v Halle, a jeho zaměstnanci. Jsou dobře obeznámeni s tím, jak mikrostruktura materiálu ovlivňuje jeho vlastnosti. „Zejména u tvrdých magnetických materiálů hraje důležitou roli,“ říká Claudia Felser.
Materiál, který lze silně magnetizovat pomocí silných magnetických polí, již našel vědce Claudii Felserové, ale má jen mizející magnetický moment. Jako permanentní magnet tedy materiál ještě není vhodný. Obsahuje také platinu a gallium a dva materiály, které nejsou přesně dostupné. Vědci však již začali používat tento materiál další předpokládané kombinace kovů, které lépe vyhovují požadavkům.
„Nejde však jen o nalezení jediného materiálu, který může nahradit permanentní magnety vzácných zemin,“ říká Claudia Felser. „Chceme pochopit chemickou fyziku Heuslerových sloučenin tak dobře, abychom mohli specificky upravit jejich vlastnosti.“ Pokud by tohoto cíle dosáhli, nemuseli by se partneři obávat, že slibná kombinace bude překonána náhodou jiné skupiny. Protože systematické vyhledávání by jim mělo pomoci najít optimální složení samotné. A když je najdou, žádají kolegové Fraunhofer znovu. Mají také velké zkušenosti s používáním materiálů s ekonomickým potenciálem.
Zdroj: http://www.mpg.de/9390334/heusler-permanent-magnet
Text: Peter Hergersberg
