Trong các lĩnh vực bán lẻ, sản xuất và kỹ thuật, từ tính—một lực tự nhiên phổ biến nhưng bí ẩn—đã nổi lên như một động lực then chốt của sự đổi mới. Từ nam châm tủ lạnh đơn giản đến nam châm hiệu suất cao cung cấp năng lượng cho xe điện, vật liệu từ tính thể hiện tính linh hoạt đáng kể. Bài viết này xem xét các thuộc tính, ứng dụng và chiến lược lựa chọn của vật liệu từ tính để trao quyền cho các doanh nghiệp trong việc đưa ra các quyết định sáng suốt để phát triển sản phẩm.

Nam châm tạo ra từ trường tác dụng lực lên các vật liệu từ tính khác hoặc các hạt tích điện. Chúng được phân loại thành hai loại chính:

Nam châm vĩnh cửu vốn có tạo ra từ trường ổn định mà không cần năng lượng bên ngoài. Từ tính liên tục của chúng bắt nguồn từ các mômen từ nguyên tử được sắp xếp trong các vật liệu như sắt, niken, coban và các nguyên tố đất hiếm lanthanide. Các ứng dụng phổ biến bao gồm:

• Ổ cứng máy tính để lưu trữ dữ liệu
• Các bộ phận loa điện thoại thông minh
• Động cơ thiết bị gia dụng
• Thiết bị hình ảnh y tế (hệ thống MRI)

Nam châm tạm thời chỉ thu được từ tính khi tiếp xúc với từ trường bên ngoài, mất đi các đặc tính từ tính khi từ trường bị loại bỏ. Điện từ là ví dụ điển hình cho loại này, cho phép kích hoạt từ tính được kiểm soát thông qua dòng điện. Các ứng dụng chính bao gồm:

• Phân loại kim loại trong các cơ sở tái chế
• Rơ le điều khiển mạch
• Chuyển đổi năng lượng trong động cơ/máy phát điện
• Hệ thống giao thông từ tính

Ngành công nghiệp chủ yếu sử dụng các loại nam châm vĩnh cửu này, mỗi loại có các đặc điểm riêng biệt:

Được phát triển vào những năm 1980, nam châm neodymium (NdFeB) thể hiện lực từ vô song với mật độ năng lượng cao. Các ứng dụng của chúng bao gồm:

• Hệ thống đẩy xe điện
• Máy phát điện tua-bin gió
• Thiết bị hình ảnh y tế chính xác

Ưu điểm: Đầu ra từ tính đặc biệt, khả năng lưu trữ năng lượng cao
Hạn chế: Nhạy cảm với nhiệt độ, dễ bị ăn mòn, chi phí cao

Những nam châm đất hiếm (SmCo) này duy trì sự ổn định ở nhiệt độ khắc nghiệt, khiến chúng trở nên lý tưởng cho:

• Thiết bị hàng không vũ trụ
• Thiết bị điện tử cấp quân sự
• Các quy trình công nghiệp nhiệt độ cao

Ưu điểm: Hiệu suất nhiệt vượt trội, khả năng chống ăn mòn
Hạn chế: Cấu trúc giòn, chi phí sản xuất cao

Với gần một thế kỷ ứng dụng, nam châm nhôm-niken-coban vượt trội trong môi trường nhiệt độ cao cho:

• Hệ thống động cơ công nghiệp
• Thiết bị phát điện
• Cảm biến nhiệt độ cao

Ưu điểm: Ổn định nhiệt đặc biệt
Hạn chế: Độ bền từ tính vừa phải, dễ bị khử từ

Ferrite gốc sắt chiếm ưu thế trong các ứng dụng nhạy cảm về chi phí, đại diện cho thị trường toàn cầu trị giá 5,58 tỷ đô la (2020). Các ứng dụng điển hình bao gồm:

• Thiết bị điện tử tiêu dùng
• Động cơ công nghiệp cơ bản
• Sản phẩm giáo dục và giải trí

Ưu điểm: Chi phí sản xuất thấp, khả năng chống ăn mòn
Hạn chế: Giảm sản lượng từ tính, nhạy cảm với nhiệt

Phản ứng của vật liệu với từ trường khác nhau đáng kể dựa trên các tương tác ở cấp độ nguyên tử:

Nền tảng của nam châm vĩnh cửu, nơi các mômen nguyên tử tự phát liên kết (ví dụ: sắt, niken).

Sự liên kết nguyên tử triệt tiêu lẫn nhau các hiệu ứng từ tính (ví dụ: crom).

Sự liên kết từ tính một phần tạo ra từ hóa ròng (ví dụ: ferrite).

Sự đẩy yếu từ từ trường (ví dụ: berili, khí hiếm).

Sự hút tạm thời vào từ trường (ví dụ: nhôm, oxy).

Tăng cường các hiệu ứng thuận từ trong các hạt nano.

Việc lựa chọn nam châm tối ưu đòi hỏi phải cân bằng:

• Độ bền từ tính yêu cầu
• Phạm vi nhiệt độ hoạt động
• Điều kiện tiếp xúc với môi trường
• Ràng buộc ngân sách sản xuất
• Nhu cầu về độ bền cơ học

Sự tiến bộ liên tục của vật liệu từ tính hứa hẹn các ứng dụng mang tính thay đổi trong các ngành công nghiệp, từ các giải pháp năng lượng bền vững đến các công nghệ y tế tiên tiến. Các doanh nghiệp kết hợp các vật liệu này một cách chiến lược vào quá trình phát triển sản phẩm sẽ đạt được những lợi thế cạnh tranh đáng kể trên các thị trường đang phát triển.