Max Home IndustryКрошечные металлические челюсти, похожие на пинцет, были на месте. Аккуратно захватывают желчный пузырь пациента. Но захватывающее устройство физически ни с чем не было связано — оно словно парило внутри тела человека.
На самом деле челюстями управляла дистанционно роботизированная рука, оснащенная специальным магнитом.
«Мы могли видеть важные структуры — кровеносные сосуды», — говорит доктор Мэтью Кро из Кливлендской клиники в Огайо. Вскоре он удалил проблемный желчный пузырь с помощью своего робота-помощника. Это была одна из примерно двух десятков подобных операций, которые он и его команда провели за последние месяцы с использованием своей высокотехнологичной системы.
«Это позволяет нам выполнять очень распространенную операцию менее инвазивным способом», — говорит он, объясняя, что для таких процедур теперь требуется меньше разрезов. Но есть много других новых приложений, в которых также используются тщательно изготовленные магниты.
Постоянные магниты, которые удерживают красочные сувениры на дверце холодильника, могут показаться довольно зрелой и устоявшейся технологией. В конце концов, их использовали на протяжении веков. И все же сегодня исследователи и компании прилагают огромные усилия, чтобы сделать магниты более мощными и эффективными, чем когда-либо прежде.
Это связано с тем, что магниты все чаще используются во всех видах новых технологий, включая электродвигатели и ветряные турбины. Поэтому они имеют решающее значение для электрификации. Однако магниты обычно изготавливаются с использованием редкоземельных элементов, продуктов грязной добычи полезных ископаемых. И в настоящее время Китай доминирует в мировом производстве постоянных магнитов, занимая более 90% рынка.
Многие утверждают, что нам нужны более чистые и более широко распространенные предприятия по производству магнитов. От этого, говорят, зависит будущее.
«Моя работа великолепна», — говорит Мэтью Сваллоу, технический менеджер по продукции компании Bunting Magnetics в Великобритании. «Я не думаю, что кто-то другой участвует в стольких вещах».
Его фирма производит магниты, которые используются во всех видах систем — от кохлеарных имплантатов до экстренного тормоза на американских горках, в том числе в Alton Towers. Компания Bunting Magnetics даже поставляла магниты в НАСА.
Своллоу говорит, что даже за последние 10 лет или около того доступность магнитов более высокого качества, изготовленных из редкоземельного элемента неодима, улучшилась. Для таких магнитов, рассчитанных на температуру до 200°C, марка N35 была максимальной. Но теперь версии класса N52 доступны в продаже.
«Вы можете буквально сделать магнит на 60 % менее массивным и получить тот же уровень производительности», — объясняет Своллоу.
В электродвигателе магнитное поле помогает внутренней катушке вращаться. Это можно использовать, например, для привода оси и вращения колес электромобиля. Магниты более высокого класса означают, что двигатели работают более эффективно, а автомобили в целом весят немного меньше. Осторожное добавление небольшого количества диспрозия, еще одного редкоземельного элемента, является одним из способов повысить эффективность магнита.
Одной из причин, почему Китай доминирует в мировом производстве этих магнитов, являются финансовые стимулы, говорит Росс Эмблтон, старший аналитик по металлам и горнодобывающей промышленности – редкоземельным элементам компании Wood Mackenzie. Редкоземельные постоянные магниты подлежат 13% скидке НДС при экспорте из страны, а правительства провинций, например, оказывают поддержку в покрытии затрат на электроэнергию, что также помогает поддержать мощности по производству магнитов.
«Это действительно очень сложная отрасль, в которой конкурировать, если вы находитесь за пределами Китая», — говорит Эмблтон.
Это не остановило некоторых от попыток. Американская фирма Niron Magnetics заявляет, что ей удалось производить магниты хорошего качества без редкоземельных элементов. Вместо этого они используют железо и азот для изготовления магнитов из нитрида железа. Это основано на том, чтобы нитрид железа принял определенную кристаллическую структуру, которая генерирует магнитные поля.
Генеральный директор Джонатан Раунтри отказывается подробно объяснять методы производства своей компании, но говорит, что компания Niron уже производит рабочие магниты. Первый из них будет использоваться в динамиках.
Напряженность магнитного поля измеряется в тероф-теслах, а магниты Нирона в настоящее время имеют силу в одну теслу. Раунтри говорит, что из нитрида железа можно будет изготавливать значительно более мощные магниты (до 2,4 Тл).
Альтернативно, переработка магнитов также была бы намного лучше для окружающей среды по сравнению с изготовлением новых редкоземельных магнитов с нуля.
В Великобритании Бирмингемский университет разработал метод извлечения редкоземельных сплавов, например, из старых электродвигателей и жестких дисков компьютеров.
Дочерняя компания HyProMag в настоящее время успешно извлекла редкоземельные элементы с помощью этой технологии и позднее в этом году начнет коммерческое производство магнитов с использованием такого материала.
Между тем, американская фирма Noveon Magnetics заявляет, что разработала собственный метод переработки магнитов. Когда его спросили о процессе и марках производимых магнитов, коммерческий директор Питер Афиуни отказался вдаваться в подробности, сказав лишь, что небольшое количество сплава смешивается с восстановленным материалом для достижения желаемого результата. Весь процесс примерно на 40% эффективнее, чем традиционное производство первичных магнитов.
Однако определить качество старого магнита из вышедшего из употребления устройства бытовой электроники может быть сложно, говорит Эмблтон. А иногда магниты застревают в изделиях с твердой эпоксидной смолой, из-за чего их сложно удалить.
Но постепенно, по мере того, как первые поколения электродвигателей и ветряных турбин в ближайшие годы достигнут конца своего срока службы, ожидается, что все больше магнитных материалов станет доступно для переработки.
«Есть небольшая задержка в ожидании повторного поступления материала», — говорит Эмблтон. Тем временем у компаний есть возможность усовершенствовать процессы переработки.