I limiti massimi di esportazione imposti da poco dai produttori di terre rare hanno portato a carenze e a un sensibile aumento del prezzo di questi materiali strategici. Questa situazione ha stimolato la ricerca di nuovi magneti non contenenti terre rare. La ricerca non è guidata soltanto dall’interesse scientifico, ma anche dai bisogni delle industrie che si occupano di meccanica, automobili elettriche ed energia eolica, tra gli altri. Il segmento dei magneti permanenti (PM) con terre rare rappresenta oltre il 60 % del mercato totale dei magneti, pari a oltre 6 miliardi di dollari americani. Il resto sono per lo più ferriti e la famiglia alluminio nichel cobalto (AlNiCo) delle leghe a base di ferro.
Ci sono diverse famiglie di PM. I PM più potenti si basano sugli elementi delle terre rare, mentre i magneti al neodimio ferro boro sono una buona alternativa, ma hanno un costo elevato e una temperatura massima di funzionamento di solo 200 °C. Per temperature di funzionamento più alte, ma con un costo persino maggiore, sono disponibili le famiglie samario–cobalto 1:5 e 2:17.
L’obbiettivo del progetto REFREEPERMAG (Rare earth free permanent magnets), conclusosi da poco, è stato quello di progettare e fabbricare la prossima generazione di PM senza dipendere da materiali essenziali strategici, usando invece delle strategie legate alla nanotecnologia. Il primo passo prevede la modellazione teorica effettuata usando un approccio combinatorio delle nanostrutture più promettenti in termini di alte prestazioni.
Un’ampia gamma di strategie fisiche e chimiche è stata usata per la sintesi e la fabbricazione di nuovi materiali, incluse sintesi combinatoria a film sottile e sintesi con polioli modificati di nantubi, elettrodeposizione, coprecipitazione, processo sol-gel ed elettrochimica.
Il progetto ha inoltre caratterizzato globalmente questi materiali per quanto riguarda le loro proprietà strutturali, microstrutturali, magnetiche e di trasporto. Le misurazioni utilizzate includono la composizione del materiale, cristallografia, morfologia superficiale e comportamento di trasporto elettrico e termico.
I materiali con le prestazioni migliori sono stati selezionati per la fabbricazione di dispositivi realistici e i partner industriali coinvolti stanno testando questi dispositivi nei loro specifici campi di competenza. I progetti dei dispositivi con le migliori prestazioni verranno preparati per ottenere le autorizzazioni e per la produzione di massa per applicazioni di nicchia.
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