El proyecto Heusler tiene como objetivo producir imanes permanentes que, a diferencia de los imanes permanentes de hoy, contienen solo metales fácilmente disponibles
Los imanes permanentes fuertes son indispensables para muchas aplicaciones técnicas, por ejemplo en diagnósticos médicos, para la generación de energía o para la electromovilidad. En la actualidad, las aleaciones que contienen metales de tierras raras se utilizan para este propósito. Sus recursos son limitados. Por lo tanto, los investigadores del proyecto Heusler están buscando compuestos del mismo nombre en los que varios metales en su mayoría no magnéticos formen un material magnético permanente.
A veces, la investigación científica toca la gran política mundial. El proyecto Heusler es un ejemplo de esto. Los científicos del Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos y Física de Microestructuras, así como del Instituto Fraunhofer de Mecánica de Materiales IWM, están buscando compuestos químicos que incluso puedan consistir completamente en elementos no magnéticos y que sigan siendo adecuados como imanes permanentes. Se requieren imanes permanentes potentes en motores eléctricos, escáneres de imágenes por resonancia magnética, turbinas eólicas y para el almacenamiento de datos. En la actualidad, esos imanes contienen metales de tierras raras que se conocen con nombres tan melodiosos como samario o neodimio. Aquí es exactamente donde la ciencia de los materiales se convierte en un tema político. Porque hoy casi todos los metales raros provienen de China. El entusiasmo en muchas empresas y políticos en todo el mundo fue igualmente grande cuando el país restringió la exportación de tierras raras en 2010 por razones de protección ambiental, como se le llamó.
Incluso si China ahora ha levantado las restricciones a las exportaciones, los científicos del proyecto Heusler quieren terminar con su dependencia de los metales de tierras raras y la política de exportación china. “Estamos buscando nuevos imanes permanentes hechos de materiales fácilmente disponibles”, explica Claudia Felser, directora del Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos en Dresde y una de las coordinadoras del proyecto de investigación. “Y no buscamos tales materiales en ninguna parte, sino entre los compuestos de Heusler”. Los compuestos de Heusler a menudo consisten en metales no magnéticos como manganeso, cobre, galio, estaño o aluminio. Debido a su interacción química, estos metales pueden adoptar propiedades magnéticas. Los compuestos magnéticos de Heusler también pueden contener metales magnéticos como cobalto, níquel o hierro.
Los compuestos adecuados se simulan primero y luego se sintetizan
Después de una combinación de diferentes metales, que no es inferior en atractivo a los imanes permanentes de hoy, los científicos están buscando una cooperación muy sistemática. "Primero calculamos qué compuestos podrían tener las propiedades deseadas", explica Eberhard Groß, Director del Instituto Max Planck de Física de Microestructura en Halle an der Saale. Depende no solo de la elección de los elementos, sino también de la proporción de mezcla exacta. El equipo alrededor de Claudia Felser sintetiza los compuestos, que se presentaron de manera prometedora en simulaciones.
"Para las conexiones magnéticas suaves, las predicciones teóricas funcionan muy bien", dice Eberhard Groß. Los materiales magnéticos blandos a menudo tienen un alto momento magnético y pueden magnetizarse y desmagnetizarse incluso mediante pequeños campos magnéticos. Esta última es una característica bienvenida en muchas aplicaciones, por ejemplo en generadores convencionales, pero no en imanes permanentes. Estos son magnéticos duros, por lo que solo se pueden magnetizar y desmagnetizar con altos campos magnéticos. Sin embargo, los materiales magnéticos duros a menudo solo tienen un pequeño momento magnético. "Queremos ambos: un gran momento magnético que solo se puede revertir con un campo magnético fuerte", dice Claudia Felser.
Para imanes duros, la microestructura es importante
Aquí es donde Thomas Höche, un científico del Instituto Fraunhofer de Mecánica de Materiales IWM en Halle, y sus empleados entran en juego. Están bien versados en cómo la microestructura de un material afecta sus propiedades. "Especialmente con materiales magnéticos duros, esto juega un papel importante", dice Claudia Felser.
Un material que puede ser fuertemente magnetizado con fuertes campos magnéticos, ya ha encontrado a los investigadores de Claudia Felser, pero solo tiene un momento magnético que se desvanece. Como imán permanente, el material por lo tanto aún no es adecuado. También contiene platino y galio y dos materiales que no están disponibles fácilmente. Sin embargo, los investigadores ya han comenzado a utilizar este material con otras combinaciones de metales previstas que satisfacen mejor los requisitos.
"Pero no se trata solo de encontrar un solo material que pueda reemplazar a los imanes permanentes de tierras raras", dice Claudia Felser. "Queremos comprender la física química de los compuestos de Heusler tan bien que podamos ajustar sus propiedades específicamente". Si logran este objetivo, los socios de cooperación no tendrían que temer que una combinación prometedora sea superada por la coincidencia de otro grupo. Porque la búsqueda sistemática debería ayudarlos a encontrar la composición óptima por sí mismos. Y cuando los encuentran, los colegas de Fraunhofer están nuevamente en demanda. También tienen mucha experiencia en el uso de materiales con potencial económico.
Fuente: http://www.mpg.de/9390334/heusler-permanent-magnet
Texto: Peter Hergersberg
