永磁体可以在没有外部磁场的情况下保持其磁性。它们通常用于电动机中，通过施加电场使电动机旋转。如今，稀土金属被用于高端电机的永磁体中。

未来几十年，人类对这些稀土材料的需求将猛增，尤其是在电动汽车和风力涡轮机增长的推动下。

由于矿山和加工设施难以跟上不断增长的需求，稀土材料的供应可能会紧张。

明尼苏达州的一家初创公司正在努力解决这一迫在眉睫的短缺问题。

Niron Magnetics 公司正在建设一座大型制造设施，用于生产氮化铁（一种源自常见元素的磁性材料），同时还致力于改善该材料的性能，使其可用于更强的磁铁，为更多产品提供动力。

其结果可能有助于解决迫在眉睫的稀土材料供应短缺问题，这种供应短缺可能会减缓我们应对气候变化的努力。

差距越来越大

事实上，您可能最熟悉的永磁体是由铁氧体制成的廉价永磁体，通常用于制造冰箱贴。

但我们日常生活中使用的许多设备，例如吸尘器和电动汽车，都需要更强的磁铁。使用永磁体的电机往往更强大、更高效，因此钕和镝等稀土金属对于各种电子设备至关重要。

例如，在风力涡轮机中，发电机线束中的磁铁将叶片运动的动能转化为电能。

与清洁能源技术所需的许多其他材料一样，我们可以预期，随着世界努力应对气候变化，人类对稀土金属的需求将迅速增长。

环境与政策智库突破研究所气候与能源团队联席主任Seaver Wang 表示，到2050 年，钕和镝的供应量需要增加七倍才能满足风力涡轮机的需求。

此外，根据国际能源署的分析，到2040 年，电动汽车对稀土金属的需求可能会比目前水平增长15 倍。

不仅是清洁能源技术，更多的电力和廉价电子产品也意味着其他行业对稀土金属的需求也将增加。

王说，我们不太可能很快用完稀土金属，因为它们实际上并不那么稀有，至少就整个地球上可用的稀土金属而言是这样。

但即使在发现稀土金属的地方，它们的集中度也较低，因此快速、经济地扩大其供应将是一个重大挑战。

短期内，到2035 年，全球对钕磁铁的需求可能会增加两倍，而且考虑到建设新矿所需的较长准备时间，到那时实际产量可能只会翻倍。

Niron Magnetics 首席执行官Jonathan Rowntree 表示，鉴于需求不断增长，“世界需要不同的解决方案和技术”。

如今，我们几乎没有永磁体的替代品。回收有助于减少未来对稀土开采和加工的依赖，但回收材料将远远不能满足未来几十年不断增长的需求。

特斯拉于2023 年宣布，未来将在其电动机中去除稀土金属，但该公司尚未透露如何在技术上做到这一点。

一些专家推测特斯拉计划使用性能较低的铁氧体材料，这会增加电机的尺寸和重量。

朗特里和他的同事希望氮化铁至少在一定程度上能够帮助解决稀土金属供应有限的问题。因为氮化铁制成的磁铁不使用稀土金属，也不需要钴。

钴是另一种常用于磁铁和锂离子电池的金属，其生产正受到越来越严格的审查，因为其开采往往涉及环境破坏和人道主义问题。

一些专家表示，这些铁基材料最终可能会生产出与稀土金属制成的磁铁一样好的磁铁。

有吸引力的选择

美国明尼苏达大学教授、Niron Magnetics技术创始人兼首席科学家王建平表示，虽然这种氮化铁是在20世纪50年代发现的，但研究人员直到20年后才发现它的强磁性。

但当时，科学家无法解释该材料磁性背后的物理原理，他们在20 世纪90 年代试图可靠地重建磁铁样本。

出于对这个问题的着迷，王于2002 年开始在大学研究氮化铁材料。

在制作了数百个样品并进行了近十年的研究后，王破解了可靠制造氮化铁薄膜的密码。他在2010 年的一次重要会议上展示了他的发现。

突然间，人们对可用于制造强力永磁体的稀土替代品产生了更大的兴趣。美国能源部ARPA-E 办公室资助了此类材料的开发，也为Wang 的研究做出了贡献，同时也为Niron Magnetics 提供了支持。

美国艾姆斯国家实验室的高级科学家马修·克莱默表示，稀土金属在各种技术中无处不在，因为它们在20 世纪60 年代被发现时可以让磁铁获得能量密度。 “大跃进”。

磁体性能的主要指标之一是其能量密度，以兆高斯奥斯特(MGOe) 为单位测量。

用于冰箱磁铁的铁氧体磁铁的MGO 约为5，但钕基磁铁的强度要高得多，可以达到50 MGO 左右。

钕等稀土金属目前是永磁体的关键成分，因为它们可以将其他金属（原子）“包裹”成有助于产生强磁场的排列。

永磁体由于旋转电子（电子自旋）而产生磁场。不同的元素具有不同数量的自由电子，在某些情况下，这些自由电子可以沿相同方向旋转，从而产生磁场。沿同一方向自由旋转的电子越多，磁场就越强。

铁有很多自由电子，但如果没有“有序”方向，它们往往会沿不同方向旋转，从而相互抵消。

添加钕、镝和其他稀土金属可以帮助铁原子排列，使其电子朝一个方向“工作”，从而使它们成为强大的磁铁。

氮化铁具有其他材料很少能做到的功能。它可以将铁排列成一种结构，使电子以这种方式旋转并保持其排列，并且不需要稀土金属。

克莱默说：“如果你能以正确的方式将这些铁（原子）与氮（原子）散布开来，你就有可能获得真正非常好的永磁体。”

然而，他补充说，这已被证明是一个挑战，因为这种材料很难批量制造，而且保持它们磁化的方法需要复杂的化学反应。

从想法到实施

在王能够可靠地制造出氮化铁薄膜后，下一步是弄清楚如何批量制造它们并将它们挤压在一起以制造磁铁。

王解释说，探索制造工艺是一个挑战，部分原因是氮化铁在高温下会降解，这限制了传统磁体制造的选择。

他开发了几种大规模生产氮化铁的方法，其中最有前途的是在非常特定的条件下氮通过氧化铁扩散。

Rowntree 表示，Niron 近年来一直致力于改进和扩大制造工艺，剩下的一大挑战是确定如何帮助氮化铁充分发挥其潜力。

理论上，氮化铁应该能够产生比钕更强的磁铁。但Rowntree表示，Niron目前的磁铁只能达到10 MGO左右。

这对于扬声器等设备来说已经足够了，因此该公司正在将其作为早期产品进行探索。它在一月份的CES 上展示了用镍磁铁制成的小型扬声器。

随着磁铁强度的增加，氮化铁磁铁将在电动汽车和风力涡轮机等设备中得到更多应用。

Wang表示，理论上，使用Niron目前的制造方法，该材料应该能够达到20到30 MGO，但要实现这一目标需要“大量优化”。理论上限要高得多，氮化铁或许能够形成比目前的钕基磁体更强的磁体。

Niron 最近从GM Ventures 和Stellantis Ventures 等投资者那里筹集了超过3000 万美元的资金，使其总资金超过1 亿美元。

该公司正在努力扩大其试点工厂的产能，目标是到2024 年底达到1,000 公斤的产能。

Niron 的研究结果以及其他替代方案和解决方法对于解决几个关键气候技术的瓶颈可能至关重要。

美国能源部ARPA-E 办公室顾问Gregg Cremer 表示：“增加磁铁供应对于实现能源转型至关重要。” “没有更多的磁铁，我们将无法实现我们的目标。”

支持：任

用户评论

?亡梦爱人

哇，Niron Magnetics 这么快就开始建氮化铁生产设施了，之前在CES上展示的磁铁扬声器真是太酷了！期待他们的产品能早点上市。

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陌然淺笑

听说Niron Magnetics要在CES上展示磁铁扬声器了，这是不是意味着他们又有新产品要出来了？氮化铁生产设施的建设进度怎么样了？

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尘埃落定

氮化铁生产设施，听起来就很高大上。Niron Magnetics 这家公司真的很有前瞻性，磁铁扬声器听起来很有创意啊。

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金橙橙。-

CES上的磁铁扬声器太惊艳了，Niron Magnetics这次建氮化铁生产设施，是不是想大批量生产这些扬声器呢？期待成品。

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墨城烟柳

我一直对Niron Magnetics的产品很感兴趣，氮化铁生产设施的建设真的让人兴奋，磁铁扬声器听起来科技感十足。

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青瓷清茶倾城歌

这Niron Magnetics建氮化铁生产设施的消息一出，我立刻想到了CES上看到的磁铁扬声器，这公司是不是要大干一场了？

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猫腻

氮化铁生产设施，这个关键词让我想起了CES上的磁铁扬声器，Niron Magnetics这是要引领科技潮流吗？期待他们的表现。

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伤离别

CES上的磁铁扬声器让我印象深刻，现在听说Niron Magnetics要建氮化铁生产设施，真的有点迫不及待想看到成品了。

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短发

这Niron Magnetics建氮化铁生产设施的动作，是不是意味着他们的磁铁扬声器要实现大规模生产了？太期待了。

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铁树不曾开花

氮化铁生产设施，听起来就很有科技感。Niron Magnetics这次在CES上的表现太惊艳了，希望他们的产品能尽快与我们见面。

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那伤。眞美

磁铁扬声器这个概念本身就很有创意，Niron Magnetics建氮化铁生产设施，是不是准备大规模生产这种高科技产品了？

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心亡则人忘

CES上的Niron Magnetics磁铁扬声器让我惊艳，氮化铁生产设施的建设进度怎么样了？希望他们能尽快推出更多创新产品。

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将妓就计

氮化铁生产设施，这个标题让我想起了CES上的磁铁扬声器，Niron Magnetics这家公司真的很有潜力。

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﹏櫻之舞﹏

听说Niron Magnetics要在CES上展示磁铁扬声器，这是不是意味着他们要进军音频领域了？氮化铁生产设施的建设也是为了这个吗？

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良人凉人

CES上的磁铁扬声器太神奇了，Niron Magnetics建氮化铁生产设施，看来他们是认真的，希望他们的产品能带来更多的惊喜。

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慑人的傲气

氮化铁生产设施，Niron Magnetics这是要开发什么新产品啊？磁铁扬声器听起来很有未来感，期待他们的成果。

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站上冰箱当高冷

Niron Magnetics建氮化铁生产设施的消息一出，我立刻想到了CES上的磁铁扬声器，这公司是不是准备推出一系列高科技产品了？

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百合的盛世恋

氮化铁生产设施，听起来就很有技术含量。Niron Magnetics这次在CES上的表现让我刮目相看，希望他们的产品能引领潮流。

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屌国女农

CES上的磁铁扬声器让我印象深刻，现在听说Niron Magnetics要建氮化铁生产设施，我真心期待他们的产品能带来更多的创新。

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