Foi descoberta a potencial substituição do ímã de terras raras

Em colaboração com colegas da Áustria, pesquisadores da Universidade de Cambridge descobriram que o tetrataenito, um 'ímã cósmico' que leva milhões de anos para se desenvolver naturalmente em meteoritos, pode potencialmente ser usado em vez de ímãs de terras raras.

Anteriormente, as tentativas de produzir tetrataenita em laboratório dependiam de métodos extremos e impraticáveis, mas isso deve mudar com o uso do elemento comum fósforo pelo pesquisador. Ao usar fósforo, existe a possibilidade de produzir tetratenita artificialmente e em escala, sem nenhum tratamento especializado ou técnicas caras.

O artigo, intitulado 'Formação direta de tetrataenita magnética dura em fundições de ligas a granel', foi publicado na revista Advanced Science. A Cambridge Enterprise, braço de comercialização da Universidade, e a Academia Austríaca de Ciências registraram um pedido de patente para a tecnologia.

Para construir uma economia de carbono zero, é necessário um suprimento de ímãs de alto desempenho. Atualmente, os melhores ímãs permanentes disponíveis no mercado contêm elementos de terras raras, que apesar do nome, existem em abundância na crosta terrestre.

No entanto, há um problema em garantir um suprimento confiável de terras raras, já que a China controla a maior parte da produção global. Foi relatado que 81% das terras raras em todo o mundo foram provenientes da China em 2017. Existem outros países que extraem REEs, como a Austrália, mas com o aumento das tensões geopolíticas com a China, o atual suprimento de terras raras pode estar em risco.

A professora Lindsay Greer, do Departamento de Ciência e Metalurgia de Materiais de Cambridge, afirmou: "Existem depósitos de terras raras em outros lugares, mas as operações de mineração são altamente perturbadoras, pois você precisa extrair uma grande quantidade de material para obter um pequeno volume de terras raras.

“Entre os impactos ambientais e a forte dependência da China, há uma busca urgente por materiais alternativos que não exijam terras raras”.

Uma das alternativas mais promissoras para ímãs permanentes é a tetrataenita, uma liga de ferro-níquel com estrutura atômica ordenada. O material se forma ao longo de milhões de anos à medida que um meteorito esfria lentamente. Isso oferece aos átomos de ferro e níquel tempo suficiente para se ordenarem em uma sequência de empilhamento específica dentro da estrutura cristalina, resultando em um material com propriedades magnéticas semelhantes às dos ímãs de terras raras.

Na década de 1960, a tetrataenita foi formada artificialmente pela explosão de ligas de ferro-níquel com nêutrons, permitindo que os átomos formassem o empilhamento ordenado desejado. No entanto, esta técnica não é adequada para produção em massa.

“Desde então, os cientistas ficaram fascinados em obter essa estrutura ordenada, mas sempre parecia algo muito distante”, disse Greer, que também liderou a pesquisa.

Ao longo dos anos, muitos cientistas tentaram produzir tetrataenita em escala industrial, mas isso não foi possível.

Agora, Greer e seus colegas da Academia Austríaca de Ciências e da Montanuniversität em Leoben encontraram uma alternativa potencial que evita esses métodos extremos.

A equipe estudou as propriedades mecânicas de ligas de ferro-níquel contendo pequenas quantidades de fósforo, presente em meteoritos. Dentro desses materiais havia um padrão de fases que indicava a esperada estrutura de crescimento semelhante a uma árvore chamada dendritos.

"Para a maioria das pessoas, teria terminado aí: nada interessante de se ver nos dendritos, mas quando olhei mais de perto, vi um padrão de difração interessante indicando uma estrutura atômica ordenada", disse o primeiro autor, Yurii Ivanov, que completou o trabalho enquanto em Cambridge e agora está baseado no Instituto Italiano de Tecnologia em Gênova.

Inicialmente, o padrão de difração da tetratenita se parece com a estrutura esperada para ligas de ferro-níquel, ou seja, um cristal desordenado que não é interessante como um ímã de alto desempenho. O olhar mais atento de Ivanov identificou o tetrataenito.