美國積極研發稀土磁鐵“替代品”

元素周期表似乎成了一種老式的、公認的科學研究形式的縮影。與其說這種科學研究形式與科技含量高的風輪機或燃料利用率高的汽車引擎有關，還不如說與中學化學有關。

但元素周期表中那一排排大多數人聞所未聞的元素對創造科技和清潔能源至關重要。近年來，短缺問題和國際政治對這些物質——其名稱各異，如釹和釔——構成了威脅。

去年，能源部撥款1.2億美元在艾奧瓦州埃姆斯實驗室設立了關鍵原材料研究所。該研究所致力於增加（短缺物質的）產量並研發替代性物質以防出現短缺局面。

在東北大學，化學工程師勞拉·劉易斯通過一次快速演示總結了她正在研究的科學難題：她在桌子上推過來一只金屬淺盤子，盤子裏面有一塊略帶鏽跡的磁鐵，她要觀摩者試著把磁鐵撬出來。這是可能的，但很難。

這就是釹鐵硼磁鐵，在從小型摩托車到戰鬥機的多種應用中它都是關鍵性材料。過去五年裏，釹鐵硼磁鐵的供應和價格出現問題，因為中國的稀土元素生產和出口政策發生了變化。於是，像劉易斯這樣的科學家努力研究能否設計出替代品。

劉易斯的研究生涯始於上世紀90年代。她當時的側重點是試圖弄懂此類含有稀土元素的“超級磁鐵”為什麼會有很強的磁性以及如何給它們增加磁性。但政府後來對此類研究的支持力度不斷減小，她於是調整了研究重點。2009年，劉易斯在德國旅行時看到一個大多數人都不會注意的新聞標題：《中國對稀土礦加大管控力度》。

劉易斯說：“我當時叫道，‘呵，好家夥’，因為這些稀土礦的用途太廣了，與軍事和能源等領域都息息相關。這引發了我所稱的稀土危機。”

如今，中國的貿易管控問題似乎在逐步得到解決。劉易斯則致力於尋找新辦法，去創造一種可與含有稀土元素的超級磁鐵相媲美的磁鐵。為了尋找靈感，她在嘗試創造獨特的原子結構，但也在研究各種天然結構。比如，某些隕石就含有磁性很強的鐵-鎳結構。

劉易斯一直在實驗室裏用精密設備嘗試合成可具有類似特性的新型磁鐵。

但耶魯大學產業生態學教授托馬斯·格雷德爾說：“我們越來越習慣於使用我們所知的最適於特定用途的元素。我們越是這樣做，就越難找到好的替代性物質。”

格雷德爾說，他最擔心的是，一些在大量使用的金屬並沒有優質替代性物質。具有導電性的銅就是個好例子。如果銅出現短缺，那就得用貴得多的銀取而代之了。


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