Đột phá về phát minh nam châm
Nam châm neodymium đã nâng cao hiệu suất của nhiều loại sản phẩm, từ thiết bị điện tử đến xe điện và tuabin gió. Nhà phát minh và nhà phát triển của nam châm, người gần đây đã được trao Giải thưởng Nữ hoàng Elizabeth nổi tiếng thế giới về Kỹ thuật, nói về động lực dẫn đến đột phá này và tiềm năng cho những đổi mới công nghệ sắp tới.
Tiến sĩ SAGAWA Masato nâng một khối thép với sự trợ giúp của nam châm neodymium. Sau khi phát triển nam châm, ông hiện là cố vấn cho Daido Steel, một trong những nhà sản xuất thép đặc biệt hàng đầu thế giới. Ông cũng thành lập NDFEB, một công ty khởi nghiệp ở tỉnh Kyoto chuyên nghiên cứu và phát triển về nam châm neodymium. SÁNG KIẾN CHIẾN LƯỢC YẾU TỐ: HÌNH THÀNH TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU CỐT LÕI / ATSUKO TSUJI
Sự chuyển dịch sang xe điện và xe chạy bằng pin nhiên liệu đang tăng nhanh trên khắp thế giới, khi nhiều quốc gia đang nỗ lực đạt được mức độ trung hòa carbon. Nhật Bản cũng đang thúc đẩy việc sử dụng rộng rãi các phương tiện này và đặt mục tiêu đến năm 2035 sẽ có xe điện chiếm 100% doanh số bán xe du lịch mới.
Trong số các cải tiến công nghệ khác nhau đã cho phép sản xuất hàng loạt xe điện, quan trọng nhất là nam châm neodymium (còn được gọi là nam châm NdFeB). Với khả năng chịu nhiệt cao và cường độ từ trường mạnh - đủ mạnh để một gam trong số đó có thể nâng được 1 kg thép - nam châm đã giúp tạo ra những động cơ nhỏ và mạnh mẽ không thể thiếu cho những phương tiện như vậy. Nó cũng đã góp phần nâng cao hiệu suất và giảm chi phí trong nhiều loại mặt hàng, từ ổ cứng HDD được sử dụng cho máy tính cá nhân đến máy điều hòa không khí và tuabin gió.
Nam châm neodymium (trung tâm) chủ yếu bao gồm sắt - một chất có sẵn rất nhiều và rẻ tiền — cùng với neodymium và boron. Chi phí thấp đã giúp chúng nhanh chóng phổ biến và đã cải thiện đáng kể hiệu suất cho nhiều loại sản phẩm: từ máy điều hòa không khí đến máy tính cá nhân, xe điện và tuabin gió. AFLO (ảnh trên bên phải); SHUTTERSTOCK (giữa, dưới cùng bên trái và dưới cùng bên phải); EYEEM (trên cùng bên trái)
SAGAWA Masato, nhà khoa học Nhật Bản, người đã phát triển nam châm vào năm 1982. Vào tháng 2 năm 2022, ông đã được trao Giải thưởng Nữ hoàng Elizabeth về Kỹ thuật - một trong những giải thưởng danh giá nhất của ngành kỹ thuật, cho biết. những đổi mới táo bạo, mang tính đột phá, mang lại lợi ích toàn cầu cho nhân loại — để phát triển nam châm vĩnh cửu mạnh nhất thế giới, đã mang tính chuyển đổi vì những đóng góp của nó trong việc tạo ra các công nghệ sạch hơn, tiết kiệm năng lượng. “Để có một thứ mà tôi tự nghĩ ra có ích cho xã hội — tôi không thể hạnh phúc hơn,” anh nói thêm.
Trở lại thời mà nam châm mạnh nhất được coi là loại được làm chủ yếu từ hai nguyên tố cơ bản là samarium và coban, Sagawa hướng sự chú ý của mình sang sắt. Theo đuổi linh cảm rằng nam châm tuyệt vời có thể được làm từ sắt - rẻ hơn và dồi dào hơn coban - Sagawa bắt đầu thực hiện nghiên cứu của riêng mình theo hướng đó trong khi nghiên cứu các phát triển như nam châm samarium-coban tại một nhà sản xuất điện tử lớn của Nhật Bản. Tuy nhiên, anh ấy đã không nhận được sự đi trước từ công ty của mình để phát triển một nam châm làm từ sắt, vì nguyên tố này được coi là không thích hợp để tạo ra một nam châm siêu mạnh. Nhưng tin rằng một nam châm như vậy chắc chắn sẽ đóng góp cho thế giới, ông tiếp tục kiên trì với công việc của mình, và vào năm 1982, sau khi gia nhập Sumitomo Special Metals (nay là Hitachi Metals), ông đã thành công trong việc phát triển nam châm neodymium.
Được thúc đẩy bởi những ưu điểm về giá thành rẻ và có lực từ gấp đôi nam châm samarium-coban, các ứng dụng của nam châm neodymium đã lan rộng nhanh chóng. Ngay cả bây giờ, gần bốn thập kỷ sau, không có nam châm nào có thể vượt qua nó.
Một tính năng chính của nam châm neodymium là lực từ mạnh của nó; nó mạnh hơn khoảng 10 lần so với nam châm ferit (bên phải), loại nam châm được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, bao gồm cả cho nhu cầu thiết yếu hàng ngày. VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU QUỐC GIA
Bây giờ ở tuổi 78, Sagawa vẫn có thể được tìm thấy ở tuyến đầu của sự phát triển, nỗ lực cải tiến nam châm neodymium. Gần đây, ông đã thành công trong việc giảm đáng kể tỷ lệ dysprosi của nam châm — một nguyên tố đất hiếm nặng trong nguồn cung đặc biệt khan hiếm — đồng thời tăng cường sức mạnh của nó. Nam châm này cũng có khả năng cải thiện hiệu suất năng lượng thông qua các đặc tính giúp giữ nhiệt độ của động cơ không tăng lên. “Động cơ tiêu thụ gần một nửa lượng điện của thế giới. Việc sử dụng rộng rãi các loại xe điện sẽ chỉ dẫn đến việc tiêu thụ thêm. Trong những trường hợp như vậy, ngay cả sự cải thiện nhỏ nhất về hiệu suất của động cơ cũng sẽ đóng góp đáng kể vào tính trung hòa carbon, ”ông nói.
Nhật Bản đã phát triển những đổi mới công nghệ không chỉ trong nam châm, mà còn trong các vật liệu như sợi carbon và thép cường độ cao, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các sản phẩm trên phạm vi rộng của các lĩnh vực. Theo số liệu của năm 2017, các công ty Nhật Bản chiếm ít nhất 60% thị trường toàn cầu với tới 70 loại vật liệu tiên tiến được sử dụng trong các lĩnh vực công nghệ cao. “Vật liệu là xương sống hỗ trợ các nền văn minh từ thời xa xưa. Chúng tôi có thể giải quyết các vấn đề cực kỳ lớn thông qua sự đổi mới của vật liệu. Đó là lý do tại sao tôi muốn các nhà nghiên cứu trẻ tìm ra các dự án có lợi cho xã hội và tích cực theo đuổi chúng, ”Sagawa nói. Với mục tiêu làm cho thế giới trở nên thuận tiện hơn và thân thiện hơn với môi trường, Nhật Bản sẽ tiếp tục đi theo con đường này để tìm kiếm những đổi mới mới.
