磁石モデリングの技術革新が持続可能なエネルギー応用への道を切り拓く

日本材料研究所の科学者たちは、ネオジム鉄ホウ素（Nd-Fe-B）磁石の磁化反転をシミュレートすることに成功しました。 このシミュレーションは、電子顕微鏡で得られたトモグラフィー データに基づく大規模な有限要素モデル構築によって可能になりました。

この成果について議論した研究論文がジャーナルnpj Computational Materialsに掲載されました。

このようなシミュレーションは、「保磁力」を妨げる微細構造的特徴に光を当て、磁石が逆方向の磁場に対する磁化抵抗を定量化する尺度である保磁力を説明しました。新しいトモグラフィー ベースのモデルは、究極の性能を持つ持続可能な永久磁石の開発に向けて導くことが期待されています。

緑の発電、電気輸送、その他のハイテク産業は高性能永久磁石に大きく依存しており、その中でもNd-Fe-B磁石は最も強力で需要が高いです。

工業用Nd-Fe-B磁石の保磁力は現在までに物理的な限界を大きく下回っています。この問題を解決するために、磁石のリアルなモデルでのマイクロ磁気シミュレーションが適用されることがあります。

この研究では、超微細粒子化されたNd-Fe-B磁石の実際の微細構造を再構築する新しいアプローチが提案されました。

具体的には、走査型電子顕微鏡（SEM）で得られた一連の2D画像からのトモグラフィー データを、一貫性のあるフォーカスイオンビーム（FIB）ポリッシングと組み合わせて高品質の3D有限要素モデルに変換できます。

このトモグラフィー ベースのアプローチは普遍的であり、幅広い材料科学の問題に対処するために他の多結晶材料に適用できます。トモグラフィー ベースのモデル上のマイクロ磁気シミュレーションは、超微細粒子化されたNd-Fe-B磁石の保磁力を再現し、そのメカニズムを説明しました。

保磁力と磁化反転核の関連する微細構造的特徴が明らかにされました。したがって、開発されたモデルはNd-Fe-B磁石のデジタルツインと見なすことができる-物体の物理学を正確に反映するために設計された仮想表現です。

提案されたNd-Fe-B磁石のデジタルツインは、マイクロ構造と磁気特性の両方を再現するのに十分精密であり、必要な磁気特性（例：牽引力または可変磁力モーター）を特定の応用に入力すると、統合されたデジタルツインを備えたデータ駆動の研究パイプラインが、その応用に最適な磁石の組成、処理条件、および微細構造を提案することができます。これにより、開発期間を大幅に短縮できます。

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これらの研究の目的は、オンデマンドの高性能永久磁石の設計問題を解決することです。これはささいな問題ではありません。現在、磁石生産、原料調達、および加工はほとんどが中国共産党によって完全に制御されています。

これにより、この種の研究は多くの国々にとって国家安全保障の問題となります。共産主義者の表明した意図は、より良い生活水準を築くようなものではなく、人類の安全を増し、地球上の人々の健康、富、安全を向上させるようなものでもありません。

このため、この研究は極めて重要です。この研究チームに感謝を表し、この研究が提供できるすべてをより詳細に示すためのさらなる資金提供を期待しています。

Brian Westenhaus 氏による記事より New Energy and Fuelより

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