Новости

Sep 28, 2023

Магниты будут чеканить миллиардеров завтрашнего дня

В одной из самых знаковых сцен «Выпускника» молодой Дастин Хоффман

В одной из самых знаковых сцен «Выпускника» молодой персонаж Дастина Хоффмана, Бенджамин Брэддок, получает от друга семьи непрошеный инвестиционный совет: «пластик».

Пересмотрите эту сцену сегодня, и беспомощный Бенджамин, возможно, услышит другое слово: магниты. В последние годы скромный магнит стал совершенно необходим во многих современных отраслях промышленности, от электромобилей до ветряных турбин. Это высокотехнологичный строительный блок, на котором можно сколотить состояния.

Малоизвестная история о том, как магниты завоевали мир, — это нечто большее, чем просто экзотические металлы и передовые исследования. Все чаще это история о геополитике, центральной частью которой является растущая напряженность между Китаем и Соединенными Штатами.

До промышленной революции единственными объектами, обладавшими постоянными магнитными свойствами, были магниты: куски минерала магнетита. «Камни» состояли из трех частей железа и четырех частей кислорода, а также небольшого количества других важных ингредиентов, включая алюминий, титан и марганец. И последнее, но не менее важное: молния.

Когда в кусок магнетита попадает гром среди ясного неба, магнитное поле молнии перестраивает ионы в породе, придавая магнитные свойства всей ее поверхности. Это замечательное явление помогает объяснить, почему естественные магниты были ценной диковинкой до современной эпохи.

В какой-то момент в средние века кто-то придумал другой способ: потереть железную иглу о магнит, и игла тоже приобрела магнитную силу. Это открытие, которое привело к изобретению компаса, возможно, было первым практическим применением магнита (хотя стоит отметить, что некоторые средневековые врачи также считали, что магниты могут лечить облысение — и, в качестве бонуса, служить афродизиаком).

В XVIII и XIX веках ученые обнаружили, что электрический ток, проходящий по проводу, придает некоторым металлам магнитные свойства. Получившиеся «электромагниты» нашли применение в ряде промышленных применений. Но они работали только при включенном питании, что ограничивало их полезность и стимулировало поиск других «постоянных» магнитов.

Первые достижения в области основных железных магнитов были достигнуты с разработкой стальных сплавов, формируемых в магнитном поле. Эти сплавы обладали гораздо большей магнитной силой, чем обычные магниты, измеряемые единицей, известной как эрстед (названной в честь датского ученого Ганса Христиана Эрстеда). Но этого все равно было недостаточно, чтобы играть надежную роль в электродвигателях любого типа.

Япония взяла на себя инициативу в 1918 году и к 1930-м годам разработала новое поколение постоянных магнитов путем сквашивания обычного железа алюминием, никелем и кобальтом – отсюда и название магниты Alnico. Эти мегамагниты превосходили свой вес, выдавая 400 эрстед по сравнению с 50 для простого магнита. Затем было обнаружено, что отжиг этих сплавов в магнитном поле еще больше увеличивает их мощность.

Теперь в мире появились постоянные магниты, которые могли заменить электромагниты. В эпоху после Второй мировой войны эти новые магниты быстро стали играть все более важную роль во всем: от электродвигателей до датчиков, указателей уровня топлива, микрофонов и других устройств.

В 1958 году малоизвестный австрийский ученый-материаловед Карл Стрнат прибыл в США, чтобы помочь ВВС разработать еще более мощные магниты для новейших ракет и самолетов. Стрнат имел опыт работы с эзотерической группой элементов, известных как редкоземельные элементы, 15 элементов, которые расположены горизонтально под основной таблицей Менделеева, начиная с лантана и заканчивая лютецием.

Хотя редкоземельные элементы не являются особенно редкими, их трудно обрабатывать и очищать. Но новые методы, вдохновленные Манхэттенским проектом, позволили химикам извлекать отдельные редкоземельные элементы в значительных количествах. Стрнат и его коллеги пришли к убеждению, что эти элементы являются многообещающими кандидатами на роль магнитов нового поколения. К сожалению, элементы начали терять свою магнитную силу, когда температура приближалась к комнатной, что ограничивало их полезность.