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永久磁鐵

永久磁鐵

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9789869390767
寶野和博
衛宮紘
世茂
2017年2月02日
117.00  元
HK$ 99.45
省下 $17.55
 
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ISBN:9789869390767
  • 叢書系列:科學視界
  • 規格:平裝 / 320頁 / 25k正
    科學視界


  • 專業/教科書/政府出版品 > 工程類 > 材料工程











    世界第一的釹鐵硼磁鐵

    揭開日本最先進金屬材料研究!





    序言



    第0節課? 序幕? 產業新人磁鐵研習營,開課!



    第1節課? 縱觀磁鐵的開發史

    1磁鐵的開發?? ?

    2 KS鋼接著是MK鋼!?? ?

    3 強而有力的稀土磁鐵?? ?

    4 釹磁鐵的誕生!?? ?

    5 磁鐵的研究發展??? ?



    第2節課? 學習磁鐵的基礎?? ?

    1 「磁場」是什麼??? ?

    2 將磁鐵對半再對半……

    3 保磁力、磁能積是什麼?

    4 探索磁區與磁壁的世界!

    5 釹在磁石中的功用

    6 為什麼釹磁鐵需要釹、硼?

    7 認識磁滯曲線

    8 「相分離」在強磁體中之應用

    9 利用相分離的稀土元素「優點取向」



    第3節課 磁鐵的製造與應用?? ?

    1 燒結磁鐵的製造步驟?? ?

    2 液態急冷∼熱加工的製造方法?? ?

    3 磁鐵的用途?? ?

    4 為什麼變壓器是使用軟磁性材料??? ?

    5 馬達中的雙重磁鐵?? ?



    第4節課 磁性的運用?? ?

    1 4種磁性:鐵磁性、順磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性?? ?

    2 HDD是磁鐵的集合體!?? ?

    3 不可思議的浮動磁頭?? ?



    第5節課 挑戰終極製造——釹磁鐵

    1 釹磁鐵的製造有「隱藏成分」嗎??? ?

    2 挑戰3微米障礙?? ?

    3 「液態急冷+熱加工」兩階段方法?? ?

    4 原子探針分析保磁力?? ?

    5 成功發明「省鏑釹磁鐵」!?? ?

    6微磁學模擬軟體的探索



    第6節課 磁鐵研發之道——進入原子級的領域

    1 SEM和TEM的差異與使用方式?? ?

    2 用TEM觀測磁壁的移動?? ?

    3 FIB製造原始試片?? ?



    第7節課? 進入釹磁鐵實驗室!?? ?

    1 參觀原子探針?? ?

    2 參觀FIB儀器?? ?

    3 用最強悍的泰坦TEM觀測原子?? ?

    4 實習液態急冷?? ?

    5 施加磁場的壓製機?? ?

    6 磁化裝置瞬間製造磁鐵?? ?



    尾聲 超越釹磁鐵的化合物





    序言



      說到磁鐵,大家腦中會浮現小學自然科教材,有U字形(馬蹄形)磁鐵和棒狀磁鐵。走一趟超市或購物中心的文具區,還可以找到U字形磁鐵和棒狀磁鐵,但這些磁鐵現在只當作教材使用。現在產業用的強力「釹磁鐵」,形狀不再這麼彎曲。釹磁鐵大多以各種形狀埋入產品之中,用來提升產品的機能、性能。因此,高性能磁鐵幾乎都在人看不到的地方運作,可說是「無名英雄」。



      例如,現在的混合動力車、電動車,平均1台使用了100個馬達、感測器,這些零件都使用了永久磁鐵,因此可說,混合動力車是磁鐵的集合體。



      磁鐵也有很多種類。若不要求高輸出功率,可以使用「鐵氧體磁鐵(Ferrite magnet)」;若需要小型、高機能,則可以使用被稱為最強磁鐵的「釹磁鐵」。除了汽車之外,日本在許多電器中都不吝於使用高性能磁鐵,這正是「日本電器小而安靜」理由。來自海外的研究專家無不感到佩服:「日本連空調都使用了釹磁鐵!」



      超越釹磁鐵……



      未來大量需要的是,使用在混合動力車等驅動馬達上的高性能磁鐵。雖然目前使用釹磁鐵,但一般的釹磁鐵在超過200℃的高溫下驅動,會失去其磁性。釹磁鐵不耐熱。因此,我們會搭配特別的元素——鏑,但這個元素是非常稀有的資源。我目前從事的研究就是,「不使用鏑等資源有限的元素,以更為一般常見的元素替代,生產現在混合動力車、電動車用的磁鐵。」



      這項研究,投入了龐大的國家經費。研究最大的目標是,在「元素戰略」國家計畫下,以一般常見的元素替代稀少特定的元素,表現出特定的機能。



      的確,想要產品表現出優異的特性,很多情況都需要稀有元素。例如,媒介需要高價的鉑,強力磁鐵需要稀土元素(rare-earth element)釹、鏑等。而「元素戰略」目標就是不使用這些稀少高價的元素,也能表現催化機能、磁鐵特性。在「現代鍊金術」標語下,現在需要更多研究專家接受國家研究的贊助。



      到底說來,「元素戰略」本來就是2004年由JST(日本科學技術振興機構)召集知名科學家、研究專家所提倡的概念,受到玉尾皓平先生、村井真二先生、細野秀雄先生等傑出人才的協助,2007年,文部科學省、經濟產業省分別對「元素戰略計畫」和能應用於產業的「稀少金屬替代材料開發計畫」公開招募研究。



      我自己有幸參與這兩項計劃,以釹磁鐵的細微構造和磁力特性的基礎研究,推展最高水準「奈米解析技術」。



      再來,文部科學省於2012年時成立元素戰略的〈研究部門〉,針對元素戰略中對日本產業最為重要的「永久磁鐵」、「電磁觸媒」、「電子材料」、「結構材料 」等四個領域,設立開發目標,推進基礎研究。



      幸運的是,以永久磁鐵為研究對象的「元素戰略磁性材料研究部門(ESICMM)」,設立於我所屬的物質材料研究機構(NIMS)中,與東北大學、產業技術綜合研究所(AIST)、東京大學、大阪大學、京都大學、高能量加速器研究機構(KEK)、高輝度光科學研究中心(JASRI)、名古屋工業大學等機構攜手合作,致力於結合「理論、解析、創造」次世代磁鐵開發基礎研究,以及培育次世代磁鐵研究的人才。



      這個部門除了研究不使用鏑的磁鐵開發之外,也致力於全新磁鐵材料的探索。然而,近半個世紀以來,稀土磁鐵全方面的研究探索幾近飽和狀態,繼釹磁鐵後來想要有進一步的突破,理論、計算研究的引進是不可或缺的,所以我們也將磁性化合物的理論研究列為重要課題。



      今日,我國許多材料系、物理系、化學系的研究專家都參與這些計劃,致力於次世代的磁鐵研究。在這樣的背景下,日本加速整頓優異的磁鐵研究環境,現在的研究等級絕對是世界第一。當然,新材料的發現並非易事,但想要找到突破口,從不同領域研究專家的視點切入相同的研究課題,也是非常重要的事情,至少日本具有這樣的環境。



      為什麼要寫一般大眾閱讀的「磁鐵書」呢?



      本書除了磁鐵的基本機制之外,避開艱澀的概念,以簡單易懂的筆觸,將令人驚豔的最尖端磁鐵研究傳達給一般大眾認識。



      例如,本書的背景設定是「公司新進員工拜訪我的研究室,向我詢問關於磁鐵的問題,同時學習磁鐵的用途以及研究狀況」,登場人物以對話的方式進行解說。認識我的人大概會感到驚訝吧,「平常總是用專業術語說些不明所以的研究專家,怎麼能寫出這樣簡單易懂的書籍呢?」沒錯,本書的完成多虧了共同作者兼科學寫手本丸諒的努力結果。



      推進元素戰略的JST,每年都會舉辦「元素戰略」成果發表會。2013年舉辦的成果發表會上,於本書屢次登場的釹磁鐵發明者佐川真人先生進行中心思想的演說,分享自己開發釹磁鐵的經過,我也進行了研究主題成果發表。在發表會上,聽聞我發表內容的本丸先生,走到我的座位旁,向我提出邀約:「以最尖端磁鐵研究專家的身分,簡單易懂地向一般大眾解說研究內容,你有意願出版這樣的書籍嗎?當然,除了磁鐵的機制、用途之外,研究專家朝著目標,會進行什麼樣的研究?——希望本書也包含這樣的內容。」這就是本書誕生的契機。



      雖說如此,我身為研究專家,研究和原創論文已使我忙得焦頭爛額,所以,「我沒有時間寫一般大眾啟蒙書。」拒絕了邀約。但是,本丸先生提問,我口頭回答,再由他寫下內容,最後由我來修稿——本丸先生提出這樣的共同創作方式。這樣,我不會壓迫到本業,也能夠著手進行出版,於是我接受了提案。



      然而,實際上,我每天都忙於研究活動,幾乎撥不出時間,但最後還是努力完成了這本書。從開始到結束花不到兩年的時間完成本書,真的是一個奇蹟。



      重新翻閱本書,內容超乎我想像的容易理解,我也受教不少。這是「解說寶野、編整本丸」的一部合作大作。



      以我為首,一些研究專家拿著國民稅金,作為資金進行研究。對於這些研究專家來說,向一般大眾解說自己研究意義的「推廣」活動,也是非常重要的事情。對研究專家來說,JST的各種計劃給予了他們推動大規模研究的機會。同樣地,我所屬NIMS的元素戰略材料研究部門,向世人說明研究內容,也是責無旁貸。



      作為元素戰略上研究磁鐵的研究專家,本書是否也盡了一份推廣活動的義務呢?完成本書的現在,我感到安心了。


    2015年6月????? 著作代表人? 寶野和博




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