Já pensou reduzir o tempo de produção de centenas de milhões de anos para apenas 300 horas? Foi isso que os cientistas japoneses fizeram com o ímã de ferro níquel que não possui terras raras. Esse material é proveniente do espaço e chegou na terra através de meteoritos, que possuíam pequenas quantidades dele. Obviamente sua extração é muito difícil, já que ainda não temos mineração espacial em larga escala, assim foi estudado como produzir esse material.
Os ímãs mais comuns são aqueles com terras raras. Metais de terras raras são os elementos que na tabela periódica fazem parte do grupo dos lantanídeos. E são os elementos destacados na tabela abaixo.
Ímãs em geral podem ser divididos em:
Materiais magnéticos duros: Materiais que apresentam força magnética permanente.
Materiais magnéticos moles: São aqueles que apresentam força magnética apenas quando é aplicada um campo magnético.
Nesse caso, o ímã Fe-Ni é um material magnético duro e possui uma energia magnética máxima muito próxima da do melhor ímã duro já produzido. Muito bom, não?
Naturalmente, esse material é formado por um resfriamento muito lento, com a taxa de 1 Kelvin por milhões de anos e resulta na separação de duas fases, alfa (camacite) e gama (tenites) na interface de FeNi. É praticamente impossível obter as mesmas propriedades quando ele é produzido da forma artificial, isso porque a temperatura de transformação de ordem-desordem é muito baixa (320ºC). Os coeficientes de difusão do ferro e do níquel são muito baixos nessa temperatura e praticamente não ocorre nenhuma difusão, por isso que demora milhões de anos.
Tenite
Desde 1960, quando foi descoberto esse material nos meteoros, muitas técnicas de produção foram estudadas e nenhuma obteve sucesso até então. O que foi descoberto é que se uma liga de FeNi puder ser feita no seu estado amorfo e sua temperatura de cristalização for próxima a da de transição ordem-desordem, o material pode ser feito artificialmente. Porém, geralmente a temperatura de cristalização dessas ligas é muito maior, por volta de 450ºC.
No trabalho realizado foi desenvolvida uma liga nanocristalina de FeSiBPCu. O estado inicial dessa liga é amorfo, mas cristaliza em nanocristais de α-Fe, abaixo de 400°C. Assim foram feitos os materiais magnéticos duros sem terras raras.
Essa pesquisa é muito importante, porque as pesquisas com materiais magnéticos duros estagnou há 30 anos atrás, quando foram descobertos os ímãs com terras raras.
E por que é melhor ter todo esse trabalho do que usar um ímã de terras raras?
O problema é que esses metais são caros, daqui alguns anos pode ocorrer a exaustão de recursos e grande parte da produção hoje está concentrada na China, o que dificulta a comercialização por causa do monopólio.
Referências:
Inovação tecnológica – Ímã extraterrestre sem terras raras
Makino, A. et al. Artificially produced rare-earth free cosmic magnet. Sci. Rep. 5, 16627; doi: 10.1038/srep16627 (2015).