人工智能寻找新型无稀土磁铁 速度是人类的200倍

人工智能寻找新型无稀土磁铁 速度是人类的200倍 随着全球逐渐摒弃内燃机，转向电动汽车，对紧凑型大功率电机的需求也在迅速增长。目前，汽车行业中最受欢迎的是永磁电机，80%以上的现代电动汽车都使用这种电机。据 Materials Nexus 预计，到 2030 年，仅电动汽车行业对永磁体的需求就将增长十倍。不仅是电动汽车和卡车。问题是，用于制造最强大磁铁和最高效、功率密度最大的电机的稀土材料（如钕和镝）需要破坏性开采和昂贵的能源密集型加工。中国拥有全球最大的电动汽车市场，已成为稀土开采和加工领域的领导者，从地下开采出的稀土占全球总量的70%，加工量接近 90%。这使得中国对这些重要材料拥有类似垄断的控制权，从而使其他市场面临供应中断和价格波动的风险。人们开始寻找替代品，一些汽车制造商和供应商开始开发并采用无磁电机。包括特斯拉在内的其他汽车制造商正在追求不使用稀土材料的永磁设计。无稀土磁铁听起来确实是一种令人感兴趣的解决方案，但它们可能难以配制，而且功率不如传统稀土磁铁。Niron Magnetics 公司开发出了所谓的世界上第一种高性能无稀土磁体，它使用了大量可获得的铁和氮的混合物，但十多年来，该公司一直在研究和开发这种磁体，但仍未完全准备好进行大规模生产。Materials Nexus 相信自己拥有当代和未来的磁性初创企业所需要的识别和开发不含稀土的磁性材料的能力，而且通过用人工智能取代老式的试错法，它相信这些初创企业能够以比传统方法快数百倍的速度完成这项工作。该公司表示，其人工智能平台可以在几天或几周内识别出不含稀土的磁性材料，而过去则需要数年甚至数十年的时间。Materials Nexus 利用其人工智能平台确定了一种无稀土永磁材料，并将其命名为 MagNex。在确定 MagNex 之前，人工智能分析了 1 亿多种无稀土材料成分，并将成本、供应链安全、性能和环境影响等变量考虑在内。在人工智能完成繁重的工作后，Materials Nexus 在谢菲尔德大学亨利-罗伊斯研究所的帮助下合成并测试了 MagNex。在三个月的时间里，该公司完成了人工智能系统之前需要数年才能完成的工作。此外，MagNex 的生产成本仅为现有稀土磁铁的 20%，而材料碳排放量却减少了 70%。谢菲尔德大学冶金与材料加工系教授伊恩-托德（Iain Todd）说："我们与 Materials Nexus 的首次互动就取得了如此积极的成果，这让我们感到非常兴奋。Materials Nexus 使用人工智能发现材料的方法与我们在谢菲尔德的亨利-罗伊斯研究所（Henry Royce Institute）拥有的制造先进合金的世界级设施相结合，以惊人的速度开发出了一种新型磁性材料"。虽然全新的无稀土磁铁为本周的公告增添了不少亮点，但这远非 Material Nexus 的人工智能唯一可能的应用案例。该公司表示，人工智能将适用于各行各业，帮助识别和创造下一代尖端材料，推动新技术和二氧化碳减排。该公司计划与行业合作伙伴合作，加速发现可行、经济、可持续的下一代材料。Materials Nexus 首席执行官 Jonathan Bean 博士表示："我们的平台已经吸引了人们对各种产品的广泛兴趣，这些产品的应用领域包括半导体、催化剂和涂料。"我期待着看到它在支持市场需求，创造新型材料，帮助解决日益紧迫的供应链和环境问题方面所发挥的作用。"我们也是如此。我们还期待看到 MagNex 成为永磁电机的一种可行的磁铁替代品，无论是针对电动汽车还是其他应用，此类电机的需求量都将居高不下。 ... PC版： 手机版：

有关稀土元素钷的新发现将改写化学教科书

有关稀土元素钷的新发现将改写化学教科书 概念图展示了小瓶中的稀土元素钷，周围环绕着有机配体。ORNL 科学家发现了钷的隐藏特征，为研究其他镧系元素开辟了道路。图片来源：Jacquelyn DeMink，艺术；Thomas Dyke，摄影；ORNL，美国能源部钷于 1945 年在克林顿实验室（即现在的美国能源部橡树岭国家实验室）被发现，并一直在橡树岭国家实验室进行微量生产。尽管稀土元素被用于医学研究和长寿命核电池，但它的一些特性仍然难以捉摸。它以神话中的泰坦命名，泰坦将火传递给人类，其名字象征着人类的奋斗。美国国家实验室的突破性研究共同领导这项研究的ORNL科学家亚历克斯-伊万诺夫（Alex Ivanov）说："整个想法就是探索这种非常罕见的元素，以获得新的知识。意识到这是在这个国家实验室和我们工作的地方发现的，我们就觉得有义务进行这项研究，以维护 ORNL 的传统"。由 ORNL 领导的科学家团队制备了一种钷的化学复合物，从而首次在溶液中描述了钷的特性。因此，他们通过一系列细致的实验揭开了这种原子序数为 61 的极其罕见镧系元素的秘密。这项具有里程碑意义的研究于 5 月 22 日发表在《自然》杂志上，标志着稀土研究取得了重大进展，并有可能改写化学教科书。左起：亚历克斯-伊万诺夫（Alex Ivanov）、桑塔-扬松-波波娃（Santa Jansone-Popova）和伊尔亚-波波夫斯（Ilja Popovs），均来自美国国家实验室。图片来源：Carlos Jones/ORNL，美国能源部镧系元素的特性共同领导这项研究的 ORNL 的 Ilja Popovs 说："由于没有稳定的同位素，钷是最后发现的镧系元素，也是最难研究的镧系元素。大多数稀土元素都是镧系元素，即元素周期表上从57（镧）到71（镥）的元素。它们具有相似的化学性质，但大小不同。"人们对其他 14 种镧系元素都很了解。它们是具有有用特性的金属，在许多现代技术中不可或缺。它们是激光器、风力涡轮机和电动汽车中的永久磁铁、X 射线屏幕甚至抗癌药物等应用的主力军。"数以千计的关于镧系元素化学的出版物中都没有钷。这对所有科学来说都是一个明显的空白，"ORNL 的 Santa Jansone-Popova 说，她是这项研究的共同负责人。"科学家们不得不假设钷的大部分特性。现在我们可以实际测量其中的一些特性了。"左起：Richard Mayes、Frankie White、April Miller、Matt Silveira 和 Thomas Dyke。图片来源：Carlos Jones/ORNL，美国能源部独特的研究能力这项研究依赖于能源部国家实验室的独特资源和专业知识。作者利用研究反应堆、热电池和超级计算机，以及 18 位科学家在不同领域积累的知识和技能，详细描述了对溶液中钷复合物的首次观测。ORNL 的科学家将放射性钷与称为二甘醇酰胺配体的特殊有机分子结合或螯合。然后，他们利用 X 射线光谱测定了络合物的性质，包括钷与邻近原子的化学键长度这是科学界的创举，也是元素周期表中长期缺失的部分。钷非常稀有，在任何时候，地壳中自然存在的钷只有一磅左右。与其他稀土元素不同，由于钷没有稳定的同位素，因此只能获得微量的合成钷。在这项研究中，ORNL 小组生产了半衰期为 2.62 年的同位素钷-147，其数量和纯度足以研究其化学特性。ORNL 是美国唯一的钷-147 生产商。站在 ORNL 放射化学工程开发中心前的钷研究小组成员，从左至右依次为：Santanu Roy、Thomas Dyke、Ilja Popovs、Richard Mayes、Darren Driscoll、Frankie White、Alex Ivanov、April Miller、Subhamay Pramanik、Santa Jansone-Popova、Sandra Davern、Matt Silveira、Shelley VanCleve 和 Jeffrey Einkauf。资料来源：Carlos Jones/ORNL, 美国能源部值得注意的是，研究小组首次展示了整个镧系元素在溶液中的镧系收缩特征，包括原子序数为 61 的钷。镧系元素收缩是指原子序数在 57 到 71 之间的元素比预期的要小。随着这些镧系元素原子序数的增加，其离子半径也随之减小。这种收缩产生了独特的化学和电子特性，因为相同的电荷被限制在一个不断缩小的空间内。ORNL 的科学家们得到了一个清晰的钷信号，这使他们能够更好地确定整个系列的趋势形状。伊万诺夫说："从科学的角度来看，这确实令人震惊。当我们获得所有数据后，我感到非常震惊。这种化学键的收缩在原子序列中是加速的，但在钷之后，这种收缩就大大减慢了。这是了解这些元素的化学键特性及其在元素周期表中的结构变化的一个重要里程碑。"其中许多元素，如镧系元素和锕系元素的应用范围很广，从癌症诊断和治疗到可再生能源技术和用于深空探测的长寿命核电池。对技术和科学的影响扬松-波波娃表示，这一成果将减轻分离这些宝贵元素的工作难度。长期以来，研究小组一直致力于全系列镧系元素的分离，"但钷是最后一块拼图。这相当具有挑战性，"她说。"现代先进技术无法将所有这些镧系元素作为混合物使用，因为首先需要将它们分离。这就是收缩变得非常重要的地方；它基本上使我们能够分离它们，而这仍然是一项相当困难的任务。"研究小组在该项目中使用了能源部的多个主要设施。在 ORNL，钷在高通量同位素反应堆（能源部科学办公室的用户设施）合成，并在放射化学工程开发中心（多用途放射化学处理和研究设施）纯化。然后，研究小组在位于能源部布鲁克海文国家实验室的能源部科学办公室用户设施国家同步辐射光源 II 进行了 X 射线吸收光谱分析，特别是在由美国国家标准与技术研究院资助和运营的材料测量光束线工作。研究小组还在橡树岭领先计算设施（Oak Ridge Leadership Computing Facility）进行了量子化学计算和分子动力学模拟，该设施是能源部科学办公室在 ORNL 的用户设施，使用的是实验室的 Summit 超级计算机，这是当时唯一能够提供必要计算的计算资源。此外，研究人员还使用了 ORNL 科学计算和数据环境的资源。他们预计未来的计算将在 ORNL 的 Frontier 超级计算机上进行，这是世界上最强大的超级计算机，也是第一个超大规模系统，每秒能进行超过五万亿次计算。波波夫斯强调说，ORNL领导取得的成就归功于团队合作。他说，《自然》杂志论文的18位作者中的每一位都对项目至关重要。科学家们说，这项成果为研究的新时代奠定了基础。波波夫斯说："任何我们称之为现代技术奇迹的东西，都会或多或少地包含这些稀土元素。我们正在添加缺失的环节。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

蛋壳已被确定为一种可用于提取稀土元素的潜在环保材料

蛋壳已被确定为一种可用于提取稀土元素的潜在环保材料 都柏林圣三一学院自然科学学院和爱尔兰科学基金会应用地球科学研究中心 iCRAG 的研究人员于 6 月 4 日在国际期刊ACS Omega 上发表了他们的突破性研究成果。REE 是电动汽车和风力涡轮机等技术中不可或缺的元素，其需求量与日俱增，但供应却相对短缺。因此，科学家们必须找到从环境中提取这些物质的新方法，而且是可持续的方法，因为目前的方法往往是有害的。在这里，研究人员发现蛋壳中的碳酸钙可以有效地从水中吸收和分离这些宝贵的稀土元素。使用高分辨率显微镜和光谱仪拍摄的合成图像，显示蛋壳中稀土元素的吸收和置换过程。资料来源：都柏林圣三一学院胡安-迭戈-罗德里格斯-布兰科教授研究人员将蛋壳放入含有稀土的溶液中，温度从 25 °C 到 205 °C 不等，时间长达三个月。他们发现，稀土元素可以沿着碳酸钙边界和有机基质扩散进入蛋壳，在较高温度下，稀土会在蛋壳表面形成新的矿物。在 90 °C的温度下，蛋壳表面有助于恢复一种名为Kozoite的稀土化合物的形成。随着温度升高，蛋壳发生了彻底转变，碳酸钙外壳溶解，取而代之的是多晶Kozoite。在 205°C 的最高温度下，这种矿物逐渐转变为基性碳酸盐岩，这是一种稳定的稀土碳酸盐矿物，被工业界用来提取稀土，用于技术应用。这种创新方法表明，废弃蛋壳可以作为一种低成本、环保型材料重新利用，帮助满足对 REES 不断增长的需求，因为蛋壳会随着时间的推移在其结构中捕获独特的稀土。主要作者 Remi Rateau 博士在谈到这项研究的意义时说："这项研究提出了一种潜在的废料创新用途，不仅为稀土元素回收问题提供了可持续的解决方案，而且符合循环经济和废物价值化原则。"首席研究员胡安-迭戈-罗德里格斯-布兰科（Juan Diego Rodriguez-Blanco）教授强调了这一研究成果的广泛意义，并补充道"通过将蛋壳废物转化为稀土回收的宝贵资源，我们解决了与传统提取方法相关的重要环境问题，并为开发更环保的技术做出了贡献"。iCRAG（爱尔兰应用地球科学研究中心）是爱尔兰科学研究院（SFI）的一个中心，致力于推进地球科学研究，重点关注可持续资源管理和环境保护。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：