Fisica

La pandemia di COVID-19 ha messo a dura prova le catene di approvvigionamento di molti materiali, compresi quelli utilizzati per realizzare i magneti. I magneti sono componenti cruciali in tecnologie che vanno dalle unità disco rigido dei computer agli scanner per risonanza magnetica. Per aggirare tali interruzioni, i ricercatori stanno cercando modi alternativi per procurarsi materiali magnetici. Daniel Casaleiz di IMDEA Nanoscience, Spagna, ha condiviso i dettagli di uno di questi metodi alla recente conferenza Intermag del 2022 sul magnetismo congiunto e sui materiali magnetici (MMM), che si è svolta online e a New Orleans a gennaio.

Casaleiz e i suoi colleghi hanno sviluppato un metodo per riciclare i residui di ferrite rimasti dalla produzione di magneti in ferrite commerciali, il tipo di magnete più comunemente prodotto al mondo. Innanzitutto, il team raccoglie materiale di scarto di ferrite di stronzio da un’azienda produttrice di magneti in Spagna. Quindi macinano il materiale di scarto in una polvere con grani di dimensioni submicrometriche e riscaldano la polvere a 1000 °C, dove viene sottoposta a calcinazione, un processo che ottimizza la microstruttura e le proprietà magnetiche del materiale. Misurando le proprietà magnetiche di questa polvere lavorata, il team scopre che ha proprietà superiori rispetto al residuo originale con un aumento di 3,5 volte nella sua coercività (una misura della resistenza di un materiale magnetico ai cambiamenti nella sua magnetizzazione) e un 25% aumento della sua rimanenza (magnetizzazione residua).

Questa polvere può quindi essere restituita all'azienda per essere ritrattata in comuni magneti in ferrite. Casaleiz e i suoi colleghi hanno anche dimostrato che può essere utilizzato per creare un composito di polimero ferrite per la stampa 3D di magneti, qualcosa che non è mai stato fatto prima utilizzando materiali riciclati. La stampa 3D presenta vantaggi rispetto alle tradizionali tecniche di produzione dei magneti, poiché i magneti possono essere realizzati a temperature più basse, riducendo i costi energetici, e possono essere stampati in una gamma di forme significativamente più ampia.

Per la stampa 3D, il team mescola la polvere con un polimero chiamato acrilonitrile butadiene stirene e quindi estrude la miscela in lunghi filamenti. Questi filamenti vengono inseriti in una stampante 3D, dove vengono leggermente riscaldati prima di essere depositati su una superficie. Utilizzando questo metodo, il team ha stampato una varietà di oggetti, da esagoni e anelli a cilindri con motivi intricati, che mantengono tutti le proprietà magnetiche della polvere originale.

Casaleiz afferma che i magneti riciclati stampati in 3D che lui e i suoi colleghi hanno realizzato potrebbero trovare impiego in tecnologie che vanno dai veicoli elettrici agli elettrodomestici. Pensa anche che questi magneti a base di ferrite potrebbero aiutare a sostituire i magneti delle terre rare, come quelli realizzati al neodimio, la cui estrazione può avere un impatto negativo sull’ambiente. I magneti a base di ferrite hanno in genere una forza inferiore rispetto a quelli delle terre rare, ma Casaleiz osserva che i magneti in ferrite presentano altri vantaggi funzionali. Ad esempio, sono chimicamente inerti, il che li rende resistenti alla corrosione senza alcun rivestimento. Inoltre, "sono più sostenibili e i materiali utilizzati per realizzarli sono più facili da reperire", afferma.

–Katherine Wright

Katherine Wright è il vicedirettore della rivista Physics Magazine.

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