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日、世界最強の磁石の合成に成功! 従来に比べレアアースの使用を大幅削減

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1: fukunyu ★@\(^o^)/ 2014/11/04(火) 22:11:23.51 ID:???
 
1.独立行政法人物質・材料研究機構(理事長:潮田資勝)元素戦略磁性材料研究拠点(代表研究者:広沢哲)の宝野和博フェローの グループは、
ハイブリッド自動車の駆動モータとして使われているネオジム磁石注1)よりも少ないレアアース注2)濃度で、 同等以上の優れた磁気特性を持つ新規磁石化合物NdFe12Nxの合成に成功しました。
注1) 磁石と磁石化合物 磁石は磁性化合物の数ミクロンの微細な結晶を固めて作る。単結晶の磁石化合物からは磁力を保つ力、つまり保磁力はまったく生じない。高い保磁力を持たせるためには、磁石化合物の微細な結晶を磁性を持たない副成分で覆う。よって、工業材料としての磁石は磁石化合物の微細結晶を固めた複合材料で、磁石化合物そのものは磁石の主成分となる物質である。今回は高性能な磁石としての可能性を持つ物質(化合物)の合成に成功した段階で、この物質を使って工業的に使用できる磁石に開発して行くのは今後の課題。
注2) レアアース ランタノイド(周期律表の57番~71番)にSc(21番)とY(39番)を加えたものを一般に希土類元素と呼ぶが、最近は新聞紙上やマスコミでもっぱらレアアースと呼ばれている。その名称から地殻存在比の低い元素と思われがちであるが、57番から60番までのLa、Ce、Pr、Ndの軽希土類元素(軽いレアアース)は比較的資源が豊富である。しかしながら、特定の国からの産出が多く、価格も生産国により統制されるので、輸出政策の影響を受けやすい戦略的元素。一方、GdからLuまでの元素は重希土類元素(重いレアアース)と呼ばれ、地殻存在比が低い上に、産地が限定される希少金属(レアメタル)に分類され、資源量自体に問題があり、今後使用量の低減が必要。重希土類元素中、特にDyとTbはネオジム磁石に高い保磁力を持たせて、耐熱性を高める元素として重要。

2.ハイブリッド自動車用モータには、ジスプロシウムを8%程度含むネオジム磁石が使用され、その使用量が急増していますが、ジスプロシウムやネオジムなどのレアアースは、原料の地政学的リスクが高いことから、その使用に頼らない磁石の開発が強く求められています。
ネオジム磁石は1982年に佐川眞人氏により発明された世界最強の磁石であり、ネオジム2:鉄14:ホウ素1という磁石化合物(Nd2Fe14B)を主成分とした磁石です。
Nd2Fe14B化合物の高い異方性磁界注3)と高い磁化のために、ネオジム磁石は優れた磁石になります。
新たに合成に成功した新規磁石化合物NdFe12Nxは、このNd2Fe14B化合物のレアアース量よりも10%も低い量で、 同等以上の磁気特性を持つことが見いだされました。
注3) 異方性磁界 永久磁石をモータに組み込んで使用すると磁石の磁化方向と反対方向の磁界がかかる。ある値以上の反磁界がかかると、磁石は磁力を失う。この時の磁界の大きさを保磁力という。この保磁力は物質固有の特性である異方性磁界という値に比例するので、異方性磁界が高い材料で高性能な磁石として必要な強い保磁力が得られる。異方性磁界が低い材料、例えば窒化鉄や鉄ニッケルでは十分に高い保磁力が得られないので、それらの物質を使っても高性能な磁石を作ることはできない。

3.これまでの研究で、NdFe11TiNは安定に合成できる磁石化合物として知られていました。
しかし磁性を持たないTiが添加されているために、その磁化はNd2Fe14Bよりも劣り、これまでほとんど注目されませんでした。
今回の研究では非磁性元素のTiを使わずにNdFe12Nx化合物の比較的厚い膜の合成に成功し、その固有物性値を測定したところ、これまで最強のNd2Fe14Bを凌ぐ磁気特性、つまり、室温でより高い異方性磁界(約8テスラ)、より高い飽和磁化注4)(5%の誤差で1.66テスラ)を持つことを発見しました。
注4) 飽和磁化 磁石は外部に磁界を出すための材料であるので一方向に磁化したとき(着磁)、どの程度の磁界を外部に出せるかという値が重要となる。完全に着磁したときの単位体積あたりの磁気モーメントの量を飽和磁化と呼ぶ。飽和磁化の高い材料ほど、高い磁界(磁力)を外部に出すことができる。よって高性能磁石には高い飽和磁化とそれを逆磁界の下でも維持するための高い保磁力が必要。

4.この化合物の磁気特性は高温でNd2Fe14Bを凌ぐことから、この化合物で磁石を作ることができれば、ハイブリッド自動車用磁石で大量に使われているジスプロシウムを使わなくても
優れた磁石特性が得られると期待されます。またNd2Fe14BではNdの質量比が27%であるのに対し、NdFe12NxではNdの質量比がわずか17%で済むために(x=1として算出)、
レアアースの使用を大幅に削減でき、さらに高価なホウ素を必要としないために、資源的・価格的に有利な化合物と言えます。今後、実用的な磁石の実現に向け、
NdFe12Nxを粉で大量に作る方法や、その粉を磁石の形に固めていくプロセスを開発して行きます。

5.本研究は、文部科学省元素戦略プロジェクト<拠点形成型>により運営されている物質・材料研究機構
元素戦略磁性材料研究拠点で行われました。
新物質の磁化測定は独立行政法人科学技術振興機構(JST)戦略的創造研究推進事業チーム型研究(CREST)
「元素戦略を基軸とする物質・材料の革新的機能の創出」研究領域(研究総括:玉尾皓平)における研究課題
「ネオジム磁石の高保磁力化」の協力により行われました。本成果は、金属系材料の速報誌ScriptaMaterialiaに10月20日付けで掲載されます。

http://www.jst.go.jp/pr/announce/20141020/


希土類元素(レアアース)-wikipediaより
レア・アースは蓄電池や発光ダイオード、磁石などのエレクトロニクス製品の性能向上に必要不可欠な材料である。希土類元素、特にランタノイドは電子配置が通常の元素とは異なるために物理的に特異な性質を示す。水素吸蔵合金、二次電池原料、光学ガラス、強力な希土類磁石、蛍光体、研磨材などの材料となる。マグネシウム合金に微量添加することで機械的特性を向上する。

転載元: http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1415106683/


6: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/04(火) 22:34:17.26 ID:GuZn+HUD
>>1 独立行政法人物質・材料研究機構

よくやった!これはすごいよ。



10: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/04(火) 23:02:22.77 ID:a7kJfZUL
厚さ350nmかあ

 

11: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/04(火) 23:27:11.96 ID:f1pH8Ekj
量産化のコストがレアアースを使った場合より安ければ大勝利

 

17: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 06:39:16.16 ID:rQgm4Y2w
Nxってなに?

20: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 07:17:55.50 ID:HJiOUXR4
>>17
窒素



19: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 07:02:38.99 ID:9NQD0iPB
レアアースが有れば使うけど「無けりゃ無いでどうにかする」
結局バカを見たのは中国だけって事になるのかねw

22: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 09:03:22.55 ID:LMQLqPk6
>>19
中国の目論見は裏目に出たが
資源の安売りを是正するという目的は達成できてるから中国にとっても悪くはないんじゃね

それにレアアースが必要なくなることはないし
いくら調達先の分散化を進めても全てそうできるわけじゃないから中国に頼り続けるしかない

34: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 18:18:07.07 ID:sPi7TLvU
>>22
逆だよ、逆。

もともと希土類というのは「分離しにくくて使い道がないモノ」だった
そしてほとんどが日本で消費される(磁石に加工される)から
日本での需要が少なくなれば価格は暴落するだろう



21: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 08:38:06.81 ID:ggKbA9io
つか、最強の磁石も日本人が開発してるんだなマジでスゲーわ



27: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 13:48:49.18 ID:79O7hTdG
磁石開発は日本のお家芸
この業界はノーベル賞候補にならないのかな

29: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 15:16:06.15 ID:DffhKGlN
>>27
日本人ばかりだからな。ならないよ。
そもそも,この分野の論文を読んだり研究発表を聴いたりどころか,
興味すら持っていないだろ。委員会は。



35: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 18:29:05.06 ID:uAIcMWUT
ネオジム磁石はいらないハードディスクを分解すれば中にはいってるぞ☆(ゝω・)v

50: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 22:55:59.54 ID:6FhrKqv9
>>35
それを都市鉱山と呼びます



37: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 19:15:08.82 ID:6zFnUrfK
窒素が格子間に異方的に侵入してくれるおかげで
結晶が歪んで磁気異方性が高まります

窒素はネオジム・鉄との結合力がとても弱い、つまりは電子構造を壊さないので
ネオジム原子&鉄原子の磁気的な性質を劣化させません

でも、結合力が弱いということは、裏を返せば窒素が抜けやすいってことで
いかにして耐熱性を上げるかが今後のキーポイントとなります



38: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 19:24:35.43 ID:k7T5QUiy
ばかくせ。
記事読んでみたけど

要は
「レアアースの量がこれまでよりも10%少ない量で
 これまでに匹敵する磁石がつくれますよー」

ってことだけじゃん。
結局使うことに変わりはないんだから、
むしろ10%少なくてもいいなら、
いまより10%値段上げますwwwとか、
輸出分10%絞りますwwwwとか
やられるだけじゃん。

中国涙目どころか、
むしろ新磁石に簡単に乗り換えられない
メーカーが大涙目じゃねーの?

この技術もどうせ中国が絡んでくるだろ。

40: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 19:36:29.05 ID:6zFnUrfK
>>38
中国偏重である重希土類のディスプロシウムが不要で
世界中で豊富な軽希土類のネオジムでOK

ってのが売りですよ



42: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 19:56:23.59 ID:0gu/e9L5
重量比で27%→17%になるのを"10%も低い量"って表現するのはどうなんだろう

43: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 19:58:27.68 ID:6zFnUrfK
>>42
むしろ

ネオジムを40%も削減!

の方がアピール上手だよね



49: 名無しのひみつ@\(^o^)/ 2014/11/05(水) 20:22:45.03 ID:6tEj6lnF
おおっ凄い!!!日本万歳(^O^)/



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    この記事へのコメント

    名無し隊員さん
    2014年11月07日 17:31
    磁性分野における日本の圧倒的な強さは一体なんなんだろうな。
    名無し隊員さん
    2014年11月07日 18:12
    こういう事を何とかできちゃう日本がおかしすぎる
    そりゃ中国の戦略も狂うわ
    2014年11月07日 19:03
    どこの企業に商業化できるかがネックだな。
    日本にそんな企業があるか知らんが
    名無し隊員さん
    2014年11月08日 13:45
    土売った利益だけで満足しとけばよかったのにwww