در بخش‌های خرده‌فروشی، تولید و مهندسی، مغناطیس - یک نیروی طبیعی همه‌جا حاضر اما مرموز - به عنوان یک محرک محوری نوآوری ظاهر شده است. از آهنرباهای ساده یخچال گرفته تا آهنرباهای با عملکرد بالا که وسایل نقلیه الکتریکی را به حرکت در می‌آورند، مواد مغناطیسی تطبیق‌پذیری قابل توجهی را نشان می‌دهند. این مقاله به بررسی خواص، کاربردها و استراتژی‌های انتخاب مواد مغناطیسی می‌پردازد تا به کسب‌وکارها در تصمیم‌گیری آگاهانه برای توسعه محصول کمک کند.

آهنرباها میدان‌های مغناطیسی تولید می‌کنند که بر مواد مغناطیسی دیگر یا ذرات باردار نیرو وارد می‌کنند. آنها به دو نوع اصلی تقسیم می‌شوند:

آهنرباهای دائم ذاتاً میدان‌های مغناطیسی پایداری را بدون انرژی خارجی تولید می‌کنند. مغناطیس پایدار آنها از لحظات مغناطیسی اتمی هم‌تراز در موادی مانند آهن، نیکل، کبالت و لانتانیدهای خاکی کمیاب سرچشمه می‌گیرد. کاربردهای رایج عبارتند از:

• هارد دیسک‌های کامپیوتر برای ذخیره داده‌ها
• اجزای بلندگوی گوشی‌های هوشمند
• موتورهای لوازم خانگی
• تجهیزات تصویربرداری پزشکی (سیستم‌های MRI)

آهنرباهای موقت تنها زمانی مغناطیس را به دست می‌آورند که در معرض میدان‌های مغناطیسی خارجی قرار گیرند و با حذف میدان، خواص مغناطیسی خود را از دست می‌دهند. الکترومغناطیس‌ها نمونه‌ای از این دسته هستند که فعال‌سازی مغناطیسی کنترل‌شده را از طریق جریان‌های الکتریکی امکان‌پذیر می‌کنند. موارد استفاده کلیدی شامل موارد زیر است:

• مرتب‌سازی فلزات در تأسیسات بازیافت
• رله‌های کنترل مدار
• تبدیل انرژی در موتورها/ژنراتورها
• سیستم‌های حمل و نقل مغناطیسی

بخش صنعت عمدتاً از این انواع آهنرباهای دائم استفاده می‌کند که هر کدام ویژگی‌های متمایزی دارند:

آهنرباهای نئودیمیوم (NdFeB) که در دهه 1980 توسعه یافتند، قدرت مغناطیسی بی‌نظیری را با چگالی انرژی بالا نشان می‌دهند. کاربردهای آنها عبارتند از:

• سیستم‌های پیشرانش وسایل نقلیه الکتریکی
• ژنراتورهای توربین بادی
• دستگاه‌های تصویربرداری پزشکی دقیق

مزایا: خروجی مغناطیسی استثنایی، ظرفیت ذخیره انرژی بالا
محدودیت‌ها: حساسیت به دما، مستعد خوردگی، هزینه بالا

این آهنرباهای خاکی کمیاب (SmCo) پایداری خود را در دماهای شدید حفظ می‌کنند و آنها را برای موارد زیر ایده‌آل می‌سازد:

• ابزار دقیق هوافضا
• الکترونیک درجه نظامی
• فرآیندهای صنعتی با دمای بالا

مزایا: عملکرد حرارتی برتر، مقاومت در برابر خوردگی
محدودیت‌ها: ساختار شکننده، هزینه‌های تولید بالا

آهنرباهای آلومینیوم-نیکل-کبالت با تقریباً یک قرن سابقه کاربرد، در محیط‌های با دمای بالا عالی هستند:

• سیستم‌های موتور صنعتی
• تجهیزات تولید برق
• سنسورهای دمای بالا

مزایا: پایداری حرارتی استثنایی
محدودیت‌ها: قدرت مغناطیسی متوسط، آسیب‌پذیری در برابر مغناطیس‌زدایی

فریت‌های مبتنی بر آهن بر کاربردهای حساس به هزینه غالب هستند و نشان‌دهنده یک بازار جهانی 5.58 میلیارد دلاری (2020) هستند. موارد استفاده معمول شامل موارد زیر است:

• لوازم الکترونیکی مصرفی
• موتورهای صنعتی پایه
• محصولات آموزشی و تفریحی

مزایا: هزینه تولید کم، مقاومت در برابر خوردگی
محدودیت‌ها: خروجی مغناطیسی کاهش یافته، حساسیت حرارتی

واکنش‌های مواد به میدان‌های مغناطیسی بر اساس فعل و انفعالات در سطح اتمی بسیار متفاوت است:

بنیاد آهنرباهای دائم، جایی که لحظات اتمی به طور خود به خود هم‌تراز می‌شوند (به عنوان مثال، آهن، نیکل).

ترازهای اتمی اثرات مغناطیسی را متقابلاً لغو می‌کنند (به عنوان مثال، کروم).

تراز مغناطیسی جزئی که منجر به مغناطش خالص می‌شود (به عنوان مثال، فریت‌ها).

دفع ضعیف از میدان‌های مغناطیسی (به عنوان مثال، بریلیم، گازهای نجیب).

جذب موقت به میدان‌های مغناطیسی (به عنوان مثال، آلومینیوم، اکسیژن).

افزایش اثرات پارامغناطیسی در ذرات نانومقیاس.

انتخاب بهینه آهنربا مستلزم ایجاد تعادل است:

• قدرت مغناطیسی مورد نیاز
• محدوده دمای عملیاتی
• شرایط قرار گرفتن در معرض محیط
• محدودیت‌های بودجه تولید
• نیازهای دوام مکانیکی

پیشرفت مستمر مواد مغناطیسی نویدبخش کاربردهای تحول‌آفرین در سراسر صنایع، از راه‌حل‌های انرژی پایدار گرفته تا فناوری‌های پزشکی پیشرفته است. کسب‌وکارهایی که این مواد را به طور استراتژیک در توسعه محصول ادغام می‌کنند، مزیت‌های رقابتی قابل توجهی در بازارهای در حال تحول به دست خواهند آورد.