Οι μαγνήτες είναι μια ατελείωτη πηγή διασκέδασης, για να μην αναφέρουμε μια ευκολία όταν πρόκειται για νότες ψυγείου και λευκούς πίνακες! Όμως, όταν πρόκειται για βιομηχανικές χρήσεις, όπως αυτές που χρησιμοποιούνται από την αεροπορία και τη NASA, μόνο ένας τύπος μαγνήτη κάνει το βαθμό. Αυτοί ονομάζονται Rare Earth Magnets, ένα σύνολο ισχυρών μόνιμων μαγνητών κατασκευασμένων από κράματα συγκεκριμένων στοιχείων της γης. Αυτά τα στοιχεία εμπίπτουν στην κατηγορία των στοιχείων σπάνιων γαιών (ή μετάλλων), τα οποία είναι μια συλλογή από δεκαεπτά στοιχεία στον περιοδικό πίνακα. δηλαδή το σκάνδιο, το ύττριο και τα δεκαπέντε λανθανίδια. Παρά το όνομά τους, τα στοιχεία σπάνιων γαιών είναι στην πραγματικότητα αρκετά άφθονα, αλλά ονομάζονται λόγω των γεωχημικών ιδιοτήτων τους, σπάνια βρίσκονται σε οικονομικά εκμεταλλεύσιμες συγκεντρώσεις.
Τα στοιχεία σπάνιων γαιών είναι σιδηρομαγνητικά, που σημαίνει ότι όπως ο σίδηρος, μπορούν να μαγνητιστούν. Ωστόσο, επειδή τα περισσότερα στοιχεία σπάνιων γαιών έχουν χαμηλές θερμοκρασίες Curie (η θερμοκρασία στην οποία παρουσιάζουν μαγνητικές ιδιότητες), που σημαίνει ότι είναι μαγνητικά μόνο σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ωστόσο, τα περισσότερα σχηματίζουν ενώσεις με μέταλλα μετάπτωσης όπως σίδηρο, νικέλιο και κοβάλτιο, τα οποία έχουν υψηλότερες θερμοκρασίες Curie, και ως εκ τούτου μπορούν να αναμιχθούν μαζί τους για να ενισχύσουν τις φυσικές μαγνητικές τους ιδιότητες. Υπάρχουν δύο τύποι: μαγνήτες νεοδυμίου και μαγνήτες σαμαρίου-κοβαλτίου. Ο πρώτος, που εφευρέθηκε τη δεκαετία του 1980, είναι ο ισχυρότερος και πιο προσιτός τύπος μαγνήτη σπάνιων γαιών, είναι κατασκευασμένος από νεοδύμιο, σίδηρο και βόριο (χημικός τύπος: Nd2Fe14B). Από την άλλη πλευρά, οι μαγνήτες Samarium-κοβαλτίου (χημικός τύπος: SmCo5), η πρώτη οικογένεια μαγνητών σπάνιων γαιών που εφευρέθηκαν, χρησιμοποιούνται λιγότερο από τους μαγνήτες νεοδυμίου λόγω του υψηλότερου κόστους και της χαμηλότερης αντοχής μαγνητικού πεδίου. Ωστόσο, το σαμάριο-κοβάλτιο έχει υψηλότερη θερμοκρασία Curie, δημιουργώντας μια θέση για αυτούς τους μαγνήτες σε εφαρμογές όπου απαιτείται υψηλή αντοχή πεδίου σε υψηλότερες θερμοκρασίες λειτουργίας.
Οι μαγνήτες νεοδυμίου χρησιμοποιούνται συνήθως στους περισσότερους σκληρούς δίσκους υπολογιστών και σε μια ποικιλία ηχείων ήχου. Έχουν επίσης μια σειρά σημαντικών ιατρικών εφαρμογών, μεταξύ των οποίων η τεχνολογία μαγνητικής τομογραφίας (ή μαγνητικής τομογραφίας). Αποτελούν επίσης μέρος των μηχανισμών οδήγησης για ηλεκτρικούς και υβριδικούς κινητήρες, σερβοκινητήρες, ασύρματα εργαλεία και χειριστήρια υδραυλικού τιμονιού. Οι κινητήρες Samarium-κοβαλτίου χρησιμοποιούνται συνήθως στην κατασκευή ηλεκτρικών κιθάρων, κινητήρων Slotcar υψηλών προδιαγραφών και στροβιλομηχανών. Επιπλέον, τα στοιχεία σπάνιων γαιών χρησιμοποιούνται ως καταλύτες στη βιομηχανία πυρόλυσης πετρελαίου και για την κατασκευή εξοπλισμού εκπομπών αυτοκινήτων και ενδέχεται να έχουν πολλές μελλοντικές εφαρμογές για την πράσινη τεχνολογία. Οι μαγνήτες σαμαρίου-κοβαλτίου μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή κρυογονικών και υψηλής θερμοκρασίας συστημάτων για μελλοντικά διαστημικά ταξίδια.
Αρχικά, το υψηλό κόστος αυτών των μαγνητών περιόρισε τη χρήση τους σε εφαρμογές που απαιτούν συμπαγή και υψηλή αντοχή πεδίου, αλλά από τη δεκαετία του 1990, οι μαγνήτες σπάνιων γαιών έχουν γίνει σταθερά λιγότερο ακριβοί και το χαμηλό κόστος έχει εμπνεύσει νέες χρήσεις (όπως μαγνητικά παιχνίδια για παιδιά).
Έχουμε γράψει πολλά άρθρα για μαγνήτες για το Space Magazine. Ακολουθεί ένα άρθρο σχετικά με το πού να αγοράσετε μαγνήτες και εδώ είναι ένα άρθρο σχετικά με το ποιοι μαγνήτες είναι κατασκευασμένοι.
Εάν θέλετε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τους μαγνήτες Rare Earth, ανατρέξτε στην αρχική σελίδα του Rare Earth Magnetics και ακολουθεί ένας σύνδεσμος για τη Wikipedia: Rare Earth Magnets.
Καταγράψαμε επίσης ένα ολόκληρο επεισόδιο του Astronomy Cast σχετικά με τον μαγνητισμό. Ακούστε εδώ, επεισόδιο 42: Μαγνητισμός παντού.
Πηγές:
http://en.wikipedia.org/wiki/Rare_earth_element
http://en.wikipedia.org/wiki/Curie_temperature
http://blogs.wsj.com/chinarealtime/2010/11/02/video-how-a-rare-earth-magnet-works/
http://en.wikipedia.org/wiki/Rare-earth_magnet
http://en.wikipedia.org/wiki/Neodymium_magnet
http://en.wikipedia.org/wiki/Samarium-cobalt
