磁石が明日の億万長者を鋳造する | 永久磁石昆明有限公司

『卒業』の最も象徴的なシーンの 1 つでは、ダスティンホフマン演じる若いキャラクター、ベンジャミンブラドックが家族の友人から一方的な投資アドバイスを受ける、それが「プラスチック」です。

今日そのシーンを再生すると、無謀なベンジャミンは別の言葉を聞くかもしれません:「磁石」。近年、この謙虚な磁石は、電気自動車から風力タービンに至るまで、多くの現代産業にとって不可欠なものとなっています。それは富を築くためのハイテク建築要素です。

磁石がどのようにして世界を征服するようになったのかについてのあまり知られていない物語には、珍しい金属や最先端の研究以上のものが関係しています。ますます地政学の物語となり、中国と米国の間の緊張の高まりが物語の中心となっている。

産業革命以前は、永久磁気特性を持つ唯一の物体はロードストーン、つまり鉱物磁鉄鉱の破片でした。この「石」は、鉄 3 部、酸素 4 部、およびアルミニウム、チタン、マンガンなどの他の重要な成分で構成されていました。そして最後になりましたが、稲妻です。

マグネタイトの塊に青天の霹靂が当たると、稲妻の磁場が岩石中のイオンを再配列し、その表面全体に磁気特性を与えます。この驚くべき現象は、天然磁石が近代以前に貴重な珍品であった理由を説明するのに役立ちます。

中世のある時点で、誰かが別の方法を考え出しました。鉄の針をロードストーンにこすると、針も磁力を獲得しました。コンパスの発明につながったこの発見は、おそらく磁石の最初の実用化でした（ただし、中世の医師の中にはロードストーンがハゲを治すことができる、そしておまけに媚薬としても役立つと信じていた人もいたことは注目に値します）。

18 世紀から 19 世紀にかけて、科学者たちは、ワイヤーに流れる電流が特定の金属に磁性を与えることを発見しました。結果として得られた「電磁石」は、さまざまな産業用途に活用されました。しかし、それらは電源が入っているときにのみ機能するため、その有用性が制限され、他の「永久」磁石の探索に拍車がかかりました。

基本的な鉄磁石に関する最初の進歩は、磁場内で形成される鋼合金の開発によってもたらされました。これらの合金は、エルステッド（デンマークの科学者ハンス・クリスチャン・エルステッドにちなんで命名）として知られる単位で測定すると、通常のロードストーンよりもはるかに強い磁力を持っていました。しかし、あらゆる種類の電気モーターで信頼できる役割を果たすにはまだ十分ではありませんでした。

日本は 1918 年に先導し、1930 年代までに普通の鉄にアルミニウム、ニッケル、コバルトを加えて発酵させた新世代の永久磁石を開発しました。そのため、アルニコ磁石と呼ばれています。これらの巨大磁石はその重量を超えてパンチし、単純なロードストーンの 50 エルステッドと比較して 400 エルステッドを生み出しました。その後、これらの合金を磁場中でアニールすると、その能力がさらに倍増することが発見されました。

今や世界は電磁石に代わる永久磁石を手に入れました。第二次世界大戦後、これらの新しい磁石は、電気モーターからセンサー、残量計、マイク、その他のデバイスに至るまで、あらゆる分野で急速にその役割を拡大しました。

1958 年、カール J. ストナットという名前のほとんど知られていないオーストリアの材料科学者が米国に到着し、空軍が最先端のミサイルやジェット機用のさらに強力な磁石を開発するのを支援しました。 Strnat は、レアアースとして知られる難解な元素クラスターに関する専門知識を持っていました。レアアースとは、ランタンからルテチウムで終わる、コア周期表の下に水平線で並んでいる 15 個の元素です。

レアアースは特に珍しいものではありませんが、加工や精製が困難でした。しかし、マンハッタン計画に触発された新しい方法により、化学者は個々のレアアースをかなりの量で抽出できるようになりました。 Strnatらは、この元素が新世代の磁石の有望な候補であると確信した。残念なことに、これらの要素は室温に近づくと磁力を失い始め、その用途が制限されてしまいました。

しかし、レアアースがコバルトのような別の元素と結合したらどうなるでしょうか? 「希土類コバルト金属間化合物における磁気結晶異方性」の発見は、現代の材料科学における最大の成果の 1 つです。 Strnat とその会社は、機能的な希土類磁石を作る方法を発見しました。

もし宇宙に正義があるなら、シリコンバレーやその他のハイテクハブにストルナトの銅像が建てられるだろう。数年の短い間に、彼の研究室とこの発見によって活気づけられた他の人々は、一連の新しい希土類磁石を開発しました。このうち、SmCo5 (サマリウム 1 部とコバルト 5 部) などは、25,000 エルステッドで計測されました。

1970 年に発表された記事の中で、Strnat は、彼の希土類磁石がすぐに「電気腕時計」からマイクロ波管に至るまでのさまざまな製品に使用されるだろうと予想しました。「非常に大きな機械」であっても、電気モーターと発電機。彼は彼らの可能性を過小評価していた。

1980 年代初頭にさらに強力な希土類「ネオジム」磁石が開発されたことで、より多くの用途への扉が開かれました。希土類磁石は、電子機器、兵器システム、携帯電話、デジタルカメラ、ハードドライブ、そして最後に重要なことですが、電気自動車に動力を供給するモーターのいたるところに普及しました。

しかし、問題がありました。レアアースの採掘と精製は、大量の廃棄物と汚染物質を生成する厄介な事業であることが判明しました。世界で最も豊富なレアアース鉱床のいくつかがある中国に生産を委託する方がはるかに簡単でした。グローバル化が前例のないレベルに達した冷戦終結後は、これは問題ではなかった。現在、中国との緊張が高まっており、供給の信頼性が危険にさらされている。

解決策の一部は、ここ米国でレアアースの生産を再開することにあります。しかし、需要の高まりに応えるのに十分な磁石を生産しながら、レアアースへの依存を減らしたいのであれば、新たなイノベーションが必要になるだろう。

それは、少なくとも理論上はすでに進行中です。鉄とニッケルの複合材料、特にテトラテーナイトは、21 世紀の新しい磁石の原料として大きな可能性を示しています。最近の研究では、その可能性が強調されています。欠けているのは人間的な要素だけです。現代のカール J. ストナットは、この挑戦に自らを捧げます。

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ジョージア大学の歴史学教授スティーブン・ミーム氏は、『危機経済学: 金融の未来における緊急講座』の共著者である。

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