稀土永磁

    稀土永磁材料是將釤、釹混合稀土金屬與過渡金屬（如鈷、鐵等）組成的合金，用粉末冶金方法壓型燒結(jié)，經(jīng)磁場充磁后制得的一種磁性材料。

    稀土永磁材料是現(xiàn)在已知的綜合性能最高的一種永磁材料，它比九十世紀使用的磁鋼的磁性能高100多倍，比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優(yōu)越得多，比昂貴的鉑鈷合金的磁性能還高一倍。由于稀土永磁材料的使用，不僅促進了永磁器件向小型化發(fā)展，提高了產(chǎn)品的性能，而且促使某些特殊器件的產(chǎn)生，所以稀土永磁材料一出現(xiàn)，立即引起全國的極大重視，發(fā)展極為迅速。我國研制生產(chǎn)的各種稀土永磁材材料的性能已接近或達到國際先進水平。

    隨著科技的進步，稀土永磁材料不僅應用計算機、汽車、儀器、儀表、家用電器、石油化工、醫(yī)療保健、航空航天等行業(yè)中的各種微特電機，以及核磁共振設(shè)備、電器件、磁分離設(shè)備、磁力機械、磁療器械等需產(chǎn)生強間隙磁場的元器件中，而且風力發(fā)電、新能源汽車、變頻家電、節(jié)能電梯、節(jié)能石油抽油機等新興領(lǐng)域?qū)Ω叨讼⊥劣来挪牧系男枨笕找嬖鲩L，應用市場空間巨大。

    在應用稀土的各個領(lǐng)域中，稀土永磁材料是發(fā)展速度最快的一個。它不僅給稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的推動力，也對許多相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生相當深遠的影響。

    能“揩”海洋油污“大絨布”

    2018年年初，載有11.13萬噸凝析油的巴拿馬籍油船“桑吉”輪與中國香港籍散貨船“長峰水晶”輪相撞，導致“桑吉”輪全船失火爆燃，船上所載凝析油及燃料油大量泄漏，對沉船周邊海域生態(tài)環(huán)境造成極大威脅。

    此時，一種樹脂型高分子聚合物吸油材料“臨危受命”，用它制成的魚鱗型吸油拖欄被固定在船只上對污染海域進行攔截，憑借其高吸附效能與快速的吸附能力迅速應對油污擴散，最短時間內(nèi)便“吞”光油污。

    該材料是吸附—催化降解耦合新材料，俗稱“吸油寶”，其外形酷似海綿樣的白色絨布，看起來并無特別之處。然而，正是這看似極為平常的“白色絨布”，已是油污治理的一大“法寶”，此前就參與過韓國“鑫川8號”貨輪撞橋燃油泄漏、大連原油泄漏等國內(nèi)外40多起突發(fā)性事故的應急處置，尤其在美國墨西哥灣原油泄漏處置中效果突出，美方稱“驗證了吸油寶的神奇”。

    其實，“吸油寶”從無到有，再到實際應用，可謂是“過關(guān)斬將”。早在上世紀六七十年代，美國和日本的科學家就基本判定吸油樹脂的吸油機理是基于范德華力，其吸油速度不可能快于4-6小時。

    “權(quán)威”結(jié)論并沒有讓研究人員“止步”，研究人員先后針對數(shù)十種典型油類所含成分設(shè)計合成了近千種不同分子結(jié)構(gòu)的單體和聚合物，再從中篩選出近百種吸附性能優(yōu)異的單體進行組合，其間還不斷檢測聚合物對不同油品的吸附性能。經(jīng)過數(shù)千次的實驗摸索，解決了產(chǎn)品吸油后鎖油能力低下、強度差等缺陷，并一舉推翻國外結(jié)論，讓吸油樹脂產(chǎn)品從幾個小時的飽和吸附時間大大縮短到令人難以置信的“11秒以內(nèi)”，突破了世界性難題。

    產(chǎn)品研發(fā)成功了，隨之而來的問題便是如何讓其投入應用，找到真正的“用武之地”。由于吸油樹脂產(chǎn)品呈顆粒狀，無法直接用于大面積水面浮油的清理，因而需要通過技術(shù)改造，將顆粒狀的吸油樹脂變成一種可漂浮于水面，并且能和機械裝備聯(lián)動配套使用的海綿狀輕質(zhì)吸油材料，也就是由“點”及“線”，再編織成“面”。功夫不負有心人，研究團隊成功研制了材料成纖化裝備和編織裝備，實現(xiàn)了海綿狀吸附材料工業(yè)化量產(chǎn)。

    更為難得的是，“吸油寶”對于淤泥的處理也是“手到擒來”。由于淤泥中含有大量束縛水，使其難以焚燒造成污染。而將“吸油寶”鋪在淤泥上，數(shù)秒內(nèi)便能將淤泥中的大部分水吸收掉，便可直接焚燒淤泥。“吸油寶”迅速被投放到企業(yè)，在陜西延長油田、中石油克拉瑪依油田等多地建立油水分離中心處理站，并且在河道治理、印染、農(nóng)藥、化工、噴涂等行業(yè)建立起數(shù)十個廢氣和廢水處置工程，極大地降低了企業(yè)污染治理的成本負擔，取得了良好的經(jīng)濟效益和巨大的社會環(huán)境效益。

    能夠自我潤滑的材料

    即使你被蚯蚓惡心到了、盡管它們生活在泥土里，但不可否認的是這些生物通常都很干凈。這是因為它們會不停地分泌一種潤滑黏液，這樣污垢就無法附著在上面。現(xiàn)在，有科學家利用蚯蚓的這種特性打造了一種新材料，它將能找到許多用途。

    來自德國萊布尼茨新材料研究所的一個科研團隊研發(fā)出了一種表面有微小孔洞并含有硅油液滴的橡膠聚合物。

    通常情況下，硅油停留在聚合物里面。但當對它施加壓力之后，液滴就會改變形狀，它們會從小孔洞中滲出到材料表面。之后，它們就形成了一個潤滑層，當與周圍環(huán)境發(fā)生摩擦時，這種潤滑層就會不斷地得到硅油補充。

    有趣的是，聚合物的表面并非光滑而是粗糙的，這實際上能夠起到增加潤滑的作用，因為它可以使油更好地附著在聚合物表面。經(jīng)過對光滑表面聚合物和粗糙表面聚合物的對比測試發(fā)現(xiàn)，粗糙表面的油饃大概能維持1萬次的摩擦，而光滑的則只能維持3000次。

    可以想象，這種材料可以在任何物體需要滑過或穿過固體結(jié)構(gòu)的情況下使用，另外它還可能具有生物醫(yī)學用途，因為在其表面生長的微生物會不斷脫落。

    新材料只用光和二氧化碳即可生長

    科研人員即將推出可“自我修復”的材料。一旦面市，很可能作為自我修復涂料得到廣泛應用，比如用于汽車修理、手機和織物。當表面裂開或劃傷時，它可通過接觸空氣和陽光填補裂縫，無需采取其他措施。此外，這種材料運輸成本低、能耗少，因為能夠以輕小型尺寸運抵制造商和建造商。到達目的地后再暴露在空氣和陽光中，它就會膨脹、固化和硬化。

    研究人員說，這種材料不僅可避免使用化石燃料，而且還可吸收空氣中的二氧化碳，這顯然有利于環(huán)境和氣候。

    麻省理工學院化學工程教授說：“我們?nèi)祟惪梢赃x擇，要么從地下開采石油建設(shè)世界，制造我們隨處可見的塑料，要么遵循自然使用空氣中的碳。第一步是設(shè)想可以像植物和樹木一樣生長和自我修復的材料，下一步就是付諸實踐。然后，經(jīng)過改良和優(yōu)化，我們就能用這些可以不斷更新的新型材料代替現(xiàn)在會腐爛的材料了。”

    這種產(chǎn)品的美妙之處就在于“它除了空氣中的二氧化碳和環(huán)境光之外什么都不需要，而這兩樣東西無處不在。這些材料吸收空氣中的碳物質(zhì)，不斷地自我修復，而且無需任何外部刺激。以二氧化碳和外界光構(gòu)建的材料使用的能源是我們今天唾手可得的。這是回歸最基本定義的可持續(xù)發(fā)展”。

    斯特拉諾的實驗室最近創(chuàng)造出一種材料——可與空氣中的二氧化碳進行化學反應，繼而生長、固化甚至實現(xiàn)自我修復。科研人員說，與材料領(lǐng)域其他研究不同的是，他們研究的這種材料無需外部輸入任何能量，比如熱能、紫外線、化學品或機械應力。研究的結(jié)果就是一種膠狀合成聚合物，并利用了科研人員從菠菜葉子中提取的葉綠體（即植物進行光合作用的生物成分）。這種聚合物不斷把二氧化碳轉(zhuǎn)化成自我強化的碳基物質(zhì)。

    納米材料nanocardboard問世

    每個人都熟悉紙板，這種紙制品通常用于制作各種各樣的紙盒。紙板的問題在于，雖然它重量輕且具有相當?shù)膹姸龋摬牧喜贿m合多種用途。對于需要更高強度和耐用性的用途，研究團隊創(chuàng)建了一種名為nanocardboard的新材料。

    Nanocardboard這種材料由氧化鋁薄膜制成，厚度為幾十納米。該材料形成一個高度為幾十微米的中空板，是一種類似于瓦楞紙板的夾層結(jié)構(gòu)，這是Nanocardboard名稱的來源。根據(jù)項目工程師的說法，夾層結(jié)構(gòu)的硬度是相同質(zhì)量實心板的一萬倍。

    對于一塊平方厘米大小的材料，這種非常輕質(zhì)的材料可以使專重量下降到千分之一克以下。盡管其重量輕且設(shè)計薄，但材料具有彈性，并且在彎曲成兩半后可以彈回其原始形狀。該材料的剛度和重量比使其成為航空航天和微機械應用的理想選擇。

    除了輕薄外，Nanocardboard的機械性能使其成為優(yōu)良的絕熱體。從事該項目計劃的工程師將探索納米碳材料中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象，當光照射在Nanocardboard上時，材料可以漂浮。當材料每側(cè)的表面溫度不同時，懸浮發(fā)生，并且空氣分子氣流通過Nanocardboard的底部流出。

    上面顯微鏡下的Nanocardboard圖像顯示了材料的獨特籃子編織圖案。這種圖案賦予材料一些強度并使其抵抗皺紋，并且是抗彎曲性的關(guān)鍵。 Nanocardboard可以彎曲并恢復，好像彎曲從未發(fā)生過一樣。

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責任編輯：殷鵬飛

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