磁體製作的新里程碑

磁體製作的新里程碑
國立臺灣大學科學教育發展中心特約編譯葉承効/臺灣大學科學教育發展中心陳藹然博士責任編輯

磁體在現今的許多產業中，都佔有重要角色，但磁體製作所面對的問題是材料的取得問題。(圖片來源：Hi-Res Images of Chemical Elements)

磁體在現今的許多產業中，都佔有重要角色，如通訊、電子、發電等產業都需要大量的磁體作為配件。但磁體製作所面對的問題是材料的取得問題。現今的磁體都需要具備體積小、效能高且又有足夠的穩定性。而這樣的磁體大多需要釹(neodymium)、鏑(dysprosium)等稀土金屬（rare-earth metal）為原料，但是這些金屬的產量極少，也造成製作成本水漲船高。在製作過程中，又要同時配合許多高科技條件的配合，如奈米粒子、高溫與濺鍍（sputtering）技術，才能製成品質較佳的磁體。

現在許多磁體研究者，為了因應原料價格飛漲與市場壟斷的隱憂，也分別開發不同的磁體製作方式。2013年1月在波士頓所舉辦的材料研究研討會中，研究成果顯示學者們並非是著重在稀土金屬製作磁體過程的創新，而是從製作過程的精準性下手。

物理學教授賽爾米厄（David J. Sellmyer）認為永磁性磁體在通訊產業中所提供體積小與效能高的特色，讓這類磁體已經是產業中不可或缺的原料。而這些磁體的磁力主要是來自過渡金屬（transition metal）。因此賽爾米厄的研究就是在處理這些結合了高磁性與高各向異性(anisotropy)的複合材料，藉由讓材料的長度極小化，來讓成分間自動產生磁力而結合。不過製作出來的大小、晶體結構、磁體奈米粒的純度都難以控制，主要的原因在於製作過程的高溫會導致奈米粒的結合而變大。他的研究也指出未來的研究可以朝非高溫的奈米粒製作技術發展。

化學機械教授路易絲（Laura H. Lewis）則試圖從開發奈米大小的非稀土金屬結構，來固定住材料的磁性，並製造出有力的永磁體。她的研究團隊試圖研究隕石中的金屬結構，運用穿透式電子顯微鏡（electron microscopy）和磁力顯微儀等器材與技術來分析其成分並加以運用。

阿姆斯國家實驗室（Ames Laboratory） 則是評估了回收磁鐵中的稀土金屬之可行性。他們的研究顯示，若非經過最優化的液態萃取法，回收到的稀土金屬最多只有98％的純度，而純度會影響磁鐵的磁性。即使日本、韓國與歐洲致力於萃取法的優化，迄今未有顯著的成果，但是阿姆斯國家實驗室仍認為這是一個前景光明的研究方向。

路易絲在研討會中說到：「這是一個高風險的研究，但其成果帶來的效益將無可限量。」雖然在這個研討會中有許多新的思維，不過學者們也承認在諸多的方法中，哪一項的效益最大仍是未知數。正如阿諾德磁鐵技術公司（Arnold Magnetic Technologies）技術主管康斯坦丁尼德斯（Steven Constantinides）所言：「任何事都是有可能發生的。或許今天我們只是簡單地用不同的方法混和某些金屬，不知道哪一天卻可能會引領出新磁體材料的問世！」

(本文由國科會補助｢新媒體科普傳播實作計畫｣執行團隊撰稿，本文首度發表於科技大觀園)