Ímã cósmico fabricado na Terra pode desbancar ímãs de terras raras

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/10/2022

Um bastão e uma esfera de tetrataenita sintética produzidos pela equipe e micrografia da estrutura do material.
[Imagem: Yurii P. Ivanov et al. - 10.1002/advs.202204315]

Tetrataenita

Do armazenamento de dados em discos rígidos aos motores dos carros elétricos e geradores de energia limpa, as novas tecnologias estão cada vez mais dependentes de ímãs poderosos, hoje fabricados a partir dos elementos químicos do grupo das terras raras.

Mas a natureza já nos ensinou que dá para fazer outros ímãs de alta qualidade usando outras receitas.

Um desses exemplos é a tetrataenita, um "ímã cósmico" que leva milhões de anos para se desenvolver naturalmente em meteoritos.

A tetrataenita é uma liga de ferro-níquel com uma estrutura atômica ordenada muito especial, formada à medida que um meteorito esfria lentamente, dando aos átomos de ferro e níquel tempo suficiente para se ordenarem em uma sequência de empilhamento específica dentro da estrutura cristalina. É essa estrutura que dota essa liga tão comum de propriedades magnéticas próximas às dos ímãs de terras raras.

A dificuldade é refazer esse processo em laboratório, o que até agora exigia métodos "extremos" - bombardeamento com nêutrons, por exemplo -, o que é impraticável em escala industrial.

Agora, Yurii Ivanov e colegas das universidades de Leoben (Áustria), Cambridge (Reino Unido) e Gênova (Itália) descobriram como produzir uma tetrataenita sintética de modo simples, sem qualquer técnica extrema ou tratamento especial, o que significa que o processo pode funcionar em larga escala.

• Ímã extraterrestre sem terras raras fabricado na Terra

Tetrataenita encontrada em Novo Mercúrio, no México.
[Imagem: Rob Lavinsky]

Adicione fósforo na receita

A equipe estava estudando as propriedades mecânicas de ligas de ferro-níquel contendo pequenas quantidades de fósforo, um elemento que também está presente em meteoritos. O padrão de fases dentro desses materiais revela uma estrutura de crescimento em forma de raízes, chamadas dendritos.

"Para a maioria das pessoas, teria terminado ali: Não há nada de interessante para ver nos dendritos; mas, quando olhei mais de perto, vi um padrão de difração interessante, indicando uma estrutura atômica ordenada," disse Ivanov.

Acontece que o fósforo permite que os átomos de ferro e níquel se movam mais rápido, permitindo que eles formem o empilhamento ordenado necessário para formar um ímã sem precisar esperar milhões de anos ou fazer bombardeamento com nêutrons.

Ao misturar ferro, níquel e fósforo nas quantidades certas, a equipe conseguiu acelerar a formação de tetrataenita entre 11 e 15 ordens de magnitude - cada ordem de magnitude é um zero que você coloca no multiplicador, de modo que o superímã cósmico "made in Terra" se forma em alguns segundos em um sistema de fundição padrão.

"O que foi tão surpreendente foi que nenhum tratamento especial foi necessário: Apenas derretemos a liga, despejamos em um molde e obtivemos tetrataenita," disse o professor Lindsay Greer. "A visão anterior no campo era que você não poderia obter tetrataenita a menos que fizesse algo extremo, porque senão você teria que esperar milhões de anos para que ela se formasse. Este resultado representa uma mudança total na forma como pensamos sobre esse material."

Mudar as fábricas e as teorias

Embora os pesquisadores tenham encontrado um método promissor para produzir tetrataenita, será necessário agora testar as amostras para ver se elas são mesmo adequadas para substituir os ímãs de alto desempenho feitos de terras raras. Para isso, eles pretendem trabalhar em conjunto com fabricantes de ímãs.

Enquanto isso, o trabalho pode forçar a revisão da teoria da formação da tetrataenita nos meteoritos: Se o fósforo está lá também, então talvez não seja necessário o tal processo de resfriamento lento que leva milhões de anos.

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