Tesla’nın Gizemli Mıknatısı Nedir?

Tesla’nın yatırımcı günü 1 Mart’ta, enerji ve çevre üzerine ayrıntılı, saçma sapan bir söylevle başladıktan sonra, çoğunlukla öngörülebilir duyurular ve övünmeler dizisine dönüştü. Ve sonra, birdenbire tam bir bomba geldi: “Sürekli mıknatıslı bir motor kullanan bir sonraki tahrik ünitemizi, hiç nadir toprak elementi kullanmayacak şekilde tasarladık” diye ilan edildi. Colin CampbellTesla’nın aktarma organları mühendisliği direktörü.

Kalıcı manyetizma uzmanlarının çoğunu temkinli ve şaşkın bırakan çarpıcı bir açıklamaydı. İskender Gabay, Delaware Üniversitesi’nden bir araştırmacı açıkça şöyle diyor: “Yakın gelecekte bir senkron çekiş motorunda nadir toprak olmayan herhangi bir kalıcı mıknatısın kullanılabileceğinden şüpheliyim.” Ve Uppsala Üniversitesi’nde, İsveç’te, Alena Vishinabir fizikçi, “Güçlü ve verimli bir motor yapmak için yalnızca nadir toprak içermeyen malzemeleri kullanmanın mümkün olduğundan emin değilim.”

Buradaki sorun, Tesla’nın bile değiştiremeyeceği fizik.

Ve yakın tarihli bir manyetik konferansta Ping LiuArlington’daki Texas Üniversitesi’nden bir profesör, diğer araştırmacılara Tesla’nın duyurusu hakkında ne düşündüklerini sordu. “Kimse bunu tam olarak anlamıyor” diye bildiriyor. (Tesla, Campbell’ın yorumunun ayrıntılandırılmasını isteyen bir e-postaya yanıt vermedi.)

Tesla’nın teknik becerisi asla hafife alınmamalıdır. Ancak öte yandan, şirketin – ve özellikle CEO’sunun – sporadik yapma geçmişi var. sonuç vermeyen sansasyonel iddialar (biz hala o ABD’yi bekliyoruz 35.000 Dolar Model 3Örneğin).

Buradaki sorun, Tesla’nın bile değiştiremeyeceği fizik. Kalıcı manyetizma, belirli kristal malzemelerde, kristaldeki bazı atomların elektronlarının spinleri aynı yönü göstermeye zorlandığında meydana gelir. Bu hizalanmış dönüşler ne kadar çok olursa, manyetizma o kadar güçlü olur. Bunun için ideal atomlar, çekirdeğin etrafında toplanmış eşleşmemiş elektronlara sahip atomlardır. 3 boyutlu yörüngeler. Üst kısımlar, dört eşleşmemiş 3d elektronlu demir ve üçlü kobalttır.

Ancak 3 boyutlu elektronlar tek başına süper güçlü mıknatıslar yapmak için yeterli değildir. Araştırmacıların onlarca yıl önce keşfettiği gibi, 4f yörüngesinde eşleşmemiş elektronlara sahip kristal kafes atomlarına – özellikle nadir toprak elementleri neodimyum, samaryum ve disprosyum – eklenerek manyetik güç büyük ölçüde geliştirilebilir. Bu 4f elektronları, manyetik denilen kristal kafesin bir özelliğini geliştirir. anizotropi– gerçekte, atomların manyetik momentlerinin kristal kafes içindeki belirli yönlere yapışmasını teşvik ederler. Bu da, yüksek performans elde etmek için kullanılabilir. zorlama, kalıcı bir mıknatısın manyetize kalmasını sağlayan temel özellik. Ayrıca, birkaç karmaşık fiziksel mekanizma yoluyla, eşleştirilmemiş 4f elektronları, kafesteki 3 boyutlu elektronların dönüş hizalamasını koordine ederek ve stabilize ederek kristalin manyetizmasını yükseltebilir.

1980’lerden bu yana, neodimyum, demir ve boron (NdFeB) bileşimine dayanan kalıcı bir mıknatıs, motorlar, akıllı telefonlar, hoparlörler ve rüzgar türbini jeneratörleri dahil olmak üzere yüksek performanslı uygulamalara hakim oldu. Londra’da Roskill Information Services tarafından 2019 yılında yapılan bir araştırma, yüzde 90 Otomotiv cer motorlarında kullanılan kalıcı mıknatısların çoğu NdFeB idi.

Öyleyse, Tesla’nın bir sonraki motoru için nadir toprak kalıcı mıknatıslar değilse, o zaman ne tür? Spekülasyon yapmaya istekli uzmanlar arasında seçim oybirliğiyle yapıldı: ferrit mıknatıslar. Şimdiye kadar icat edilen nadir toprak olmayan kalıcı mıknatıslardan yalnızca ikisi büyük ölçekli üretimdedir: ferritler ve adı verilen başka bir tür. Alniko (alüminyum nikel kobalt). Tesla, temasa geçen yarım düzine uzman olan Alnico’yu kullanmayacak IEEESpektrum ısrar etti. Bu mıknatıslar zayıftır ve daha da önemlisi, dünya kobalt arzı çok dolu uydurduklarını yüzde 2’den az kalıcı mıknatıs pazarının

Nadir toprak elementleri kullanmayan veya çok fazla kullanmayan çok sayıda kalıcı mıknatıs vardır. Ancak bunların hiçbiri laboratuvar dışında bir etki yaratmadı.

Bir demir oksit formuna dayanan ferrit mıknatıslar ucuzdur ve satışlara göre kalıcı mıknatıs pazarının yaklaşık yüzde 30’unu oluşturur. Ancak onlar da zayıftır (en önemli kullanımlarından biri buzdolabı kapılarını kapalı tutmaktır). Kalıcı bir mıknatısın temel performans göstergesi, megagauss-oersteds (MGOe) cinsinden ölçülen maksimum enerji ürünüdür. Bir mıknatısın hem gücünü hem de koersivitesini yansıtır. Otomotiv cer motorlarında yaygın olarak kullanılan NdFeB türü için bu değer genellikle 35 MGOe civarındadır. En iyi ferrit mıknatıslar için, 4 civarı.

“En iyi performansa sahip ferrit mıknatısı alsanız bile, neodimyum-demir-borun yaklaşık beş ila 10 katı altında bir performansa sahip olacaksınız” diyor. daniel salazar jaramillobir manyetik araştırmacısı Bask Malzemeler, Uygulamalar ve Nanoyapılar Merkezi, ispanyada. Dolayısıyla, NdFeB mıknatıslarla yapılmış bir senkron motorla karşılaştırıldığında, ferrit mıknatıslara dayalı motor çok daha büyük ve ağır, çok daha zayıf veya ikisinin bir kombinasyonu olacaktır.

Emin olmak için, nadir toprak elementleri kullanmayan veya çok fazla kullanmayan bir düzineden fazla kalıcı mıknatıs vardır. Ancak bunların hiçbiri laboratuvar dışında bir etki yaratmadı. Ticari olarak başarılı bir kalıcı mıknatıs için gereken özelliklerin listesi, yüksek alan kuvveti, yüksek koersivite, yüksek sıcaklıklara tolerans, iyi mekanik mukavemet, üretim kolaylığı ve kıt, toksik veya başka bir nedenle sorunlu olan elementlere güvenmemeyi içerir. . Bugün adayların hiçbiri bu kutulardan bir veya daha fazlasını işaretlememektedir.

Niron Magnetics’in başlangıcından gelen bu gibi demir nitrür mıknatıslar, nadir toprak elementleri kullanmayan, gelişmekte olan kalıcı mıknatıs mahsulünün en umut verici olanları arasındadır.Niron Manyetikleri

Ancak birkaç yıl daha verin, diyor bazı araştırmacılar ve bunlardan bir veya ikisi pekala başarılı olabilir. En umut verici olanlar arasında: demir nitrür, Fe₁₆N₂. Bir Minneapolis girişimi, Niron Manyetiklerişimdi, finansmanı ile öncülük ettiği teknolojiyi ticarileştiriyor. ARPA-E ile Jian Ping Wang Hitachi’de daha önce çalıştıktan sonra 2000’lerin başında Minnesota Üniversitesi’nde. Niron’un başkan yardımcısı Andy Blackburn, şunları söyledi: Spektrum şirketin ilk ürününü 2024’ün sonlarında piyasaya sürmeyi planladığını söylüyor. Blackburn, diğerlerinin yanı sıra hoparlörler ve sensörlerdeki uygulamaları öngördüğü 10 MGOe’nin üzerinde bir enerji ürünü ile kalıcı bir mıknatıs olacağını söylüyor. Başarılı olursa, 40 yıl önceki NdFeB’den bu yana ilk yeni ticari kalıcı mıknatıs ve 60 yıl önceki en iyi ferrit türü olan stronsiyum ferritten bu yana ilk ticari nadir olmayan toprak kalıcı mıknatıs olacak.

Blackburn’e göre, Niron’un ilk teklifini 2025’te 30 MGOe’nin üzerinde bir enerji ürünü olan bir mıknatıs izleyecek. Bunun için oldukça cesur bir tahminde bulunuyor: “Neodimiyum kadar iyi veya daha iyi akıya sahip olacak. Bir ferritin zorlayıcılığına sahip olacak ve samaryum kobaltının sıcaklık katsayılarına sahip olacak”—NdFeB’den daha iyi. Mıknatıs gerçekten tüm bu nitelikleri birleştirmeyi başarırsa (büyük bir eğer), elektrikli araçların çekiş motorlarında kullanım için çok uygun olacaktır.

Blackburn, daha fazlasının geleceğini söylüyor. “Tüm bu yeni nano ölçekli mühendislik yetenekleri, 20 yıl önce yapılması imkansız olan malzemeleri yaratmamıza izin verdi” diyor.

Sitenizdeki Makalelerden

Web Çevresindeki İlgili Makaleler