O projeto Heusler visa produzir ímãs permanentes que, ao contrário dos ímãs permanentes de hoje, contêm apenas metais prontamente disponíveis
Ímãs permanentes fortes são indispensáveis para muitas aplicações técnicas, por exemplo em diagnósticos médicos, para geração de energia ou para eletromobilidade. Atualmente, as ligas contendo metais de terras raras são utilizadas para esse fim. Seus recursos são limitados. Portanto, os pesquisadores do projeto Heusler estão procurando por compostos de mesmo nome, nos quais vários metais, em sua maioria não-magnéticos, formam um material magnético permanente.
Às vezes, a pesquisa científica toca na grande política mundial. O projeto Heusler é um exemplo disso. Cientistas do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos e Física de Microestrutura, bem como do Instituto Fraunhofer de Mecânica de Materiais IWM, estão procurando por compostos químicos que podem consistir inteiramente de elementos não magnéticos e ainda são adequados como ímãs permanentes. Ímãs permanentes fortes são necessários em motores elétricos, em scanners de ressonância magnética, em turbinas eólicas e para armazenamento de dados. Esses ímãs hoje contêm metais de terras raras que recebem nomes melodiosos como samário ou neodímio. É exatamente aqui que a ciência dos materiais se torna uma questão política. Porque hoje quase todos os metais raros vêm da China. O entusiasmo em muitas empresas e políticos em todo o mundo foi correspondentemente grande quando o país restringiu a exportação de terras raras em 2010 por razões de proteção ambiental, como foi chamado.
Mesmo que a China já tenha levantado as restrições à exportação, os cientistas do projeto Heusler querem acabar com sua dependência de metais de terras raras e da política de exportação chinesa. “Estamos em busca de novos ímãs permanentes feitos de materiais já disponíveis”, explica Claudia Felser, diretora do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos de Dresden e uma das coordenadoras do projeto de pesquisa. “E não procuramos esses materiais em qualquer lugar, mas entre os compostos de Heusler.” Os compostos de Heusler geralmente consistem em metais não magnéticos como manganês, cobre, gálio, estanho ou alumínio. Devido à sua interação química, esses metais podem adotar propriedades magnéticas. Os compostos magnéticos de Heusler também podem conter metais magnéticos, como cobalto, níquel ou ferro.
Compostos adequados são primeiro simulados e depois sintetizados
Depois de uma combinação de metais diferentes, que não é inferior em atratividade aos ímãs permanentes de hoje, os cientistas estão procurando sistematicamente pela cooperação. "Primeiro calculamos quais compostos poderiam ter as propriedades desejadas", explica Eberhard Groß, diretor do Instituto Max Planck de Microstrofia Física em Halle an der Saale. Depende não só da escolha dos elementos, mas também da proporção exata da mistura. A equipe em torno de Claudia Felser sintetiza os compostos, que se apresentaram de forma promissora em simulações.
"Para conexões magnéticas suaves, as previsões teóricas funcionam muito bem", diz Eberhard Groß. Materiais magnéticos moles geralmente têm um momento magnético alto e podem ser magnetizados e desmagnetizados mesmo por pequenos campos magnéticos. Este último é um recurso bem-vindo em muitas aplicações, por exemplo, em geradores convencionais, mas não em ímãs permanentes. Estes são magnéticos rígidos, portanto só podem ser magnetizados e desmagnetizados com campos magnéticos elevados. No entanto, materiais magnéticos duros geralmente possuem apenas um pequeno momento magnético. "Queremos ambos: um grande momento magnético que só pode ser revertido com um forte campo magnético", diz Claudia Felser.
Para ímãs rígidos, a microestrutura é importante
É aqui que entram Thomas Hche, cientista do Instituto Fraunhofer para a Mecânica dos Materiais IWM em Halle, e seus funcionários. Eles são bem versados em como a microestrutura de um material afeta suas propriedades. "Especialmente com materiais magnéticos duros, isso desempenha um papel importante", diz Claudia Felser.
Um material que pode ser fortemente magnetizado com fortes campos magnéticos, já encontrou os pesquisadores para Claudia Felser, mas só tem um momento magnético de fuga. Como um imã permanente, o material ainda não é adequado. Também contém platina e gálio e dois materiais que não estão exatamente disponíveis. No entanto, os pesquisadores já começaram a usar este material com mais combinações de metais que melhor atendem aos requisitos.
"Mas não se trata apenas de encontrar um único material que possa substituir ímãs permanentes de terras raras", diz Claudia Felser. "Queremos entender a física química dos compostos de Heusler tão bem que possamos ajustar suas propriedades especificamente." Se eles atingirem esse objetivo, os parceiros de cooperação não teriam que temer que uma combinação promissora fosse superada pela coincidência de outro grupo. Porque a busca sistemática deve ajudá-los a encontrar a composição ideal. E quando os encontram, os colegas do Fraunhofer estão novamente em demanda. Eles também têm muita experiência no uso de materiais com potencial econômico.
Fonte: http://www.mpg.de/9390334/heusler-permanent-magnet
Texto: Peter Hergersberg
