Seltene Erden sind seit langem das Rückgrat von High-Tech-Magneten, wobei Metalle wie Neodym und Dysprosium in verschiedenen Branchen eine entscheidende Rolle spielen. Die Knappheit und die steigende Nachfrage nach diesen wertvollen Ressourcen haben jedoch Forscher dazu veranlasst, nach alternativen Lösungen zu suchen. Um unsere Abhängigkeit von Seltenerdmagneten zu verringern, erforschen Wissenschaftler innovative Materialien und Legierungskombinationen. Zu den vielversprechenden Kandidaten gehört Cer, ein reichlich vorhandenes und leicht zugängliches Seltenerdelement, das das Potenzial hat, Neodym-Magnete zu ersetzen oder zu ergänzen. In diesem Artikel befassen wir uns mit der bahnbrechenden Forschung von Thomas Lograsso und seinem Team am Ames Laboratory des US-Energieministeriums.

Die steigende Nachfrage nach Seltenerdelementen in Verbindung mit der begrenzten Anzahl zuverlässiger Lieferanten hat zu Bedenken hinsichtlich zukünftiger Engpässe geführt. Geopolitische Faktoren, darunter die Dominanz Chinas auf dem Seltenerdmarkt, haben zusätzliche Herausforderungen mit sich gebracht. Um diese Probleme anzugehen, haben sich Forscher auf die Suche nach alternativen Materialien für starke Dauermagnete gemacht, die unsere Abhängigkeit von Neodym und anderen Seltenerdelementen verringern könnten.

Forscher haben ihr Augenmerk auf Cer gerichtet, ein Seltenerdelement, das häufiger vorkommt und wirtschaftlich erschwinglicher ist. Um Cer in einen leistungsstarken Magneten zu verwandeln, begannen die Wissenschaftler mit der Erforschung paramagnetischer Materialien. Diese Substanzen werden schwach von Magnetfeldern angezogen, sind aber nicht permanent magnetisiert.

Thomas Lograsso erklärt: „Wir können solche Systeme im Wesentlichen rehabilitieren und sie durch Zugabe bestimmter Materialien in Magnete verwandeln .“ Dazu werden zunächst Legierungen oder Verbindungen verwendet, die die richtigen Eigenschaften besitzen, um bei Raumtemperatur ferromagnetisch zu werden. Aber welche Materialien erfüllen diese Anforderungen?

Um vielversprechende Kandidaten zu identifizieren, verwendeten Lograsso und sein Team einen computerbasierten Ansatz. Mit dieser Methode konnten sie das magnetische Verhalten einer Vielzahl von Materialien vorhersagen und ihre Eignung für Festkörpermagnete bestimmen. Die Ergebnisse dieses Ansatzes waren vielversprechend und zeigten das Potenzial, mit Materialien wie Cer-Kobalt (CeCo₃) durch Zugabe von Zusatzstoffen wie Magnesium leistungsstarke Magnete herzustellen. Nachfolgende Experimente bestätigten die Theorie und bewiesen die Umwandlung von Cer-Kobalt in einen Ferromagneten.

Ein weiterer vielversprechender Kandidat, der im Rahmen dieser Forschung identifiziert wurde, ist CeCo₅, ein Material, das bereits ein starker Ferromagnet ist. Berechnungen und Experimente haben jedoch gezeigt, dass die Zugabe von Kupfer und Eisen seine magnetischen Eigenschaften weiter optimieren könnte .

Diese Zusätze könnten den Weg für ceriumbasierte Materialien ebnen, die möglicherweise Seltenerdmagnete wie Neodym und Dysprosium ersetzen könnten. Der Vorteil besteht darin, dass Cer zur Familie der Seltenen Erden gehört, wodurch es leichter verfügbar und einfacher zu beschaffen ist als seine Pendants.

Lograsso betont: „Die Möglichkeit, die stark nachgefragten und knappen Seltenerdmetalle zu ersetzen, ist sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch sinnvoll.“ Die modifizierten Cer-Kobalt-Verbindungen erreichen zwar noch nicht die Stärke der leistungsstärksten Seltenerdmagnete, könnten aber dennoch wertvolle Alternativen für bestimmte Anwendungen bieten.

Die Forschung beschränkt sich nicht auf Lösungen auf Cer-Basis. Lograsso und sein Team experimentieren bereits mit alternativen Materialien, die nicht auf Cer oder anderen Seltenerdmetallen basieren. So arbeiten sie beispielsweise mit Kobalt, um Eisen-Germanium (Fe₃Ge) zu magnetisieren und das Potenzial dieser Materialien für Hochleistungsanwendungen zu erforschen.

Angesichts der Herausforderungen durch die Knappheit der Seltenen Erden und die steigende Nachfrage wird die Suche nach alternativen Materialien wichtiger denn je. Die bahnbrechende Arbeit von Forschern wie Thomas Lograsso und seinem Team gibt Hoffnung, dass wir unsere Abhängigkeit von Seltenerdelementen verringern können, indem wir nachhaltigere und zugänglichere Lösungen für die Technologien bereitstellen, die unsere moderne Welt antreiben.

(Verfasst von chatgpt 3.5, Korrekturlesen: Sven Wehrend, Quelle: https://www.scinexx.de/news/technik/alternative-magnete-gegen-den-rohstoffmangel/)