Penyelidik Korea Bangunkan Proses Magnet Neodimium Tanpa Unsur Nadir Bumi Berat yang Mahal

Laluan pembuatan baharu untuk magnet yang digunakan dalam kereta dan robot

Institut Sains Bahan Korea (KIMS) di Korea Selatan mengumumkan pada 23 Oktober 2026 bahawa para penyelidiknya telah membangunkan teknologi teras untuk menghasilkan magnet kekal berkuasa tanpa menambah unsur nadir bumi berat yang mahal, iaitu disprosium dan terbium. Proses itu menggunakan zarah serbuk berketulenan tinggi yang berukuran kira-kira satu mikrometer, serta menggabungkan penghasilan serbuk, penjajaran magnet dan pensinteran, iaitu proses pemanasan yang menukarkan serbuk termampat menjadi magnet pejal.

Pengumuman penuh KIMS itu memperincikan pembangunan serbuk Nd-Fe-B hablur tunggal ultrahalus serta teknologi penjajaran dan pensinteran yang diperlukan untuk menghasilkannya menjadi magnet kekal tanpa bahan tambahan nadir bumi berat.

Kerja itu dijalankan oleh Kim Su-min, penyelidik kanan, serta penyelidik utama Kim Tae-hoon dan Lee Jung-gu dalam bahagian penyelidikan nanobahan institut itu. Pendekatan mereka menyasarkan magnet neodimium, besi dan boron, yang dikenali sebagai magnet Nd-Fe-B dan digunakan dalam motor kenderaan elektrik, sendi robot serta penjana turbin angin.

Neodimium kekal sebagai bahan penting. Kemajuan ini berkaitan dengan penghapusan keperluan terhadap bahan tambahan nadir bumi berat tertentu, sambil meningkatkan keupayaan magnet untuk menahan kehilangan kemagnetannya. Pasukan itu berusaha mencapai matlamat tersebut dengan mengecilkan butiran hablur bahan dan membangunkan kaedah untuk menukarkan serbuk halus yang terhasil menjadi magnet yang boleh digunakan.

Bagi pengeluar Korea, manfaat yang berpotensi ialah laluan pengeluaran domestik yang mengurangkan kebergantungan pada bahan mahal yang bekalannya tertumpu di sebilangan kecil negara. Kim berkata, usaha lanjut untuk menghubungkan proses-proses itu dan mewujudkan pengeluaran besar-besaran diperlukan sebelum teknologi itu boleh digunakan dalam motor kenderaan elektrik dan robot humanoid.

Mengapa ketahanan terhadap kehilangan kemagnetan penting

Magnet Nd-Fe-B digunakan secara meluas kerana menghasilkan medan magnet yang kuat. Namun, dalam motor kenderaan elektrik, kekuatan magnet hanyalah sebahagian daripada keperluan. Magnet itu juga perlu mengekalkan kemagnetannya ketika beroperasi dalam persekitaran panas.

Penyelidik menyifatkan ketahanan terhadap penyahmagnetan sebagai koersiviti. Secara ringkas, ukuran ini menunjukkan sejauh mana magnet menahan medan magnet berlawanan yang cuba mengubah keadaan magnetnya. Koersiviti tinggi amat bernilai dalam aplikasi motor yang mencabar, yang memerlukan prestasi magnet dikekalkan.

Disprosium dan terbium lazimnya ditambah untuk meningkatkan ketahanan itu. Kedua-duanya tergolong dalam kumpulan nadir bumi berat dan merupakan bahan mahal yang rantaian bekalannya tertumpu. Oleh itu, pengeluar mempunyai sebab untuk mencari cara lain bagi mendapatkan sifat magnet yang diperlukan.

Pasukan KIMS menumpukan perhatian pada struktur dalaman magnet, bukannya bahan tambahan tersebut. Pendekatan mereka menggunakan serbuk sangat halus untuk menghasilkan butiran hablur yang lebih kecil, iaitu rantau hablur mikroskopik dalam bahan siap. Penghalusan butiran ini menawarkan cara untuk meningkatkan koersiviti tanpa menambah disprosium atau terbium.

Menghasilkan zarah halus, bukan mengisar aloi

Penghasilan serbuk secara konvensional melibatkan pemecahan aloi sedia ada menjadi kepingan yang lebih kecil. Namun, pengisaran mekanikal mempunyai had apabila matlamatnya ialah menghasilkan zarah yang sangat halus dan sesuai untuk pendekatan ini.

Sebaliknya, para penyelidik menggunakan oksida nadir bumi sebagai bahan permulaan dan mensintesis secara langsung zarah hablur Nd-Fe-B halus melalui proses penurunan dan resapan, yang disingkatkan sebagai RD. Penurunan melibatkan penyingkiran oksigen daripada sebatian permulaan, manakala resapan membolehkan atom bergerak dan bergabung untuk membentuk bahan yang dikehendaki.

Zarah serbuk yang terhasil berukuran kira-kira satu mikrometer, atau satu persejuta meter. Itu bersamaan satu perseribu milimeter. Ukuran ini merujuk kepada zarah serbuk yang digunakan untuk menghasilkan magnet, bukannya saiz komponen siap.

Sintesis langsung mengatasi had saiz pengisaran dengan menghasilkan zarah kecil sejak awal. Para penyelidik kemudian perlu mengekalkan mutu serbuk itu dan membangunkan kaedah pemprosesan yang sesuai untuk zarah sekecil itu, yang cenderung melekat antara satu sama lain.

Melindungi serbuk daripada pengoksidaan

Laluan RD sedia mempunyai satu masalah pemprosesan: pengoksidaan serbuk. Tindak balas oksigen dengan bahan semasa pemprosesan boleh menjejaskan mutunya, menjadikan kawalan terhadap keadaan serbuk penting untuk menghasilkan bahan magnet yang berguna.

Pasukan KIMS membangunkan rawatan selepas sintesis untuk menangani masalah pengoksidaan itu. Menurut institut tersebut, rawatan ini membolehkan penghasilan serbuk Nd-Fe-B berketulenan tinggi pada skala kira-kira satu mikrometer.

Oleh itu, saiz dan ketulenan serbuk merupakan dua aspek kerja yang saling berkait. Para penyelidik memerlukan zarah yang cukup kecil untuk menyokong penghalusan butiran, sambil mengawal perubahan kimia yang tidak diingini dan boleh menjejaskan manfaatnya.

Tugas seterusnya ialah mengarahkan zarah-zarah itu ke arah yang berguna dan memastikan semuanya bercantum semasa pembuatan. Serbuk magnet yang halus masih memerlukan penjajaran, pembentukan dan rawatan haba sebelum menjadi magnet kekal siap.

Membantu zarah halus sejajar

Zarah yang sangat kecil menimbulkan masalah pengendalian. Geseran antara zarah dan kecenderungannya untuk bergumpal menyukarkan setiap zarah berpusing ke orientasi yang dikehendaki dalam medan magnet.

Penjajaran penting kerana arah kemagnetan serbuk perlu saling menyokong. Apabila lebih banyak zarah menghala ke arah yang dikehendaki, magnet siap dapat memanfaatkan sifat magnet bahan itu dengan lebih baik.

Para penyelidik menyalut permukaan serbuk dengan pelincir untuk membantu zarah bergerak. Mereka juga menggunakan medan magnet berselang-seli yang dilemahkan secara beransur-ansur. Medan itu berubah arah sementara kekuatannya berkurangan secara beransur-ansur, sekali gus membantu zarah mencapai penjajaran.

KIMS berkata gabungan tersebut meningkatkan orientasi serbuk dan kestabilan jasad serbuk yang dibentuk. Jasad itu ialah bentuk termampat yang disediakan sebelum pensinteran. Mengekalkan kestabilannya membantu mengekalkan susunan zarah yang dikehendaki sepanjang langkah pembuatan seterusnya.

Menyingkirkan sisa karbon daripada pelincir

Pelincir menyelesaikan satu masalah tetapi menimbulkan satu lagi kebimbangan pemprosesan: karbon baki. Karbon yang tertinggal daripada pelincir boleh menyumbang kepada penurunan koersiviti selepas rawatan haba, sekali gus melemahkan sifat yang cuba dikekalkan oleh pasukan itu.

Para penyelidik menggunakan proses berbantukan hidrogen untuk mengurangkan karbon baki tersebut. KIMS berkata rawatan itu menangani penurunan koersiviti selepas pemanasan dan membantu mewujudkan laluan untuk menghasilkan magnet tersinter daripada serbuk ultrahalus.

Pensinteran menggunakan haba untuk mengikat zarah termampat menjadi pepejal padat. Dalam penyelidikan ini, cabarannya ialah menukarkan zarah kecil yang dijajarkan dengan teliti menjadi magnet pejal sambil mengekalkan prestasi magnet yang dikehendaki.

Oleh itu, kerja ini menggabungkan beberapa tugasan pembuatan: mensintesis zarah halus, mengehadkan pengoksidaan, meningkatkan penjajaran, menstabilkan serbuk termampat dan mengurangkan karbon sebelum rawatan haba selesai. Setiap langkah menangani masalah yang jika tidak diatasi boleh mengurangkan manfaat penambahbaikan sebelumnya.

Dua penerbitan jurnal dan sembilan paten

Penyelidikan itu menerima sokongan melalui Program Pembangunan Teknologi Nano dan Bahan Yayasan Penyelidikan Kebangsaan Korea, yang dibiayai oleh Kementerian Sains dan ICT. KIMS berkata pasukan itu menghasilkan sembilan paten berkaitan teknologi tersebut.

Dapatan kajian diterbitkan dalam dua jurnal, dengan satu kajian merangkumi penghasilan serbuk ultrahalus dan satu lagi membincangkan penjajaran serbuk serta pembuatan magnet. Susunan itu meletakkan kerja sintesis serbuk sebelum penerbitan penyelidikan tentang cara menukarkan serbuk tersebut menjadi magnet.

• 14 Julai 2026: Penyelidikan tentang penghasilan serbuk Nd-Fe-B ultrahalus diterbitkan dalam Journal of Alloys and Compounds.
• 19 September 2026: Penyelidikan tentang penjajaran serbuk dan pembuatan magnet diterbitkan dalam talian dalam Chemical Engineering Journal.
• 23 Oktober 2026: KIMS mengumumkan kemajuan pembuatan yang digabungkan itu serta potensi aplikasi industrinya.

Kajian penghasilan serbuk diterbitkan dalam talian, dengan Kim Tae-hoon dan Lee Jung-gu sebagai penulis pengarang yang bertanggungjawab. Bagi kajian penjajaran dan pembuatan magnet, penyelidik pascasiswazah peringkat sarjana Kim So-yeon ialah penulis pertama, manakala ketua penyelidikan Kim Su-min ialah penulis pengarang yang bertanggungjawab.

Kajian-kajian itu masing-masing mempunyai pengecam 10.1016/j.jallcom.2026.189820 dan 10.1016/j.cej.2026.182156. Pengecam objek digital ini ialah nombor rujukan kekal untuk mencari makalah penyelidikan berkenaan.

Keperluan pengeluar seterusnya

Kim Su-min, ketua penyelidikan dan penyelidik kanan di KIMS, menyifatkan hasil itu sebagai kemajuan dalam sintesis serbuk dan peringkat pembuatan seterusnya. Katanya:

Penyelidikan ini penting kerana berjaya mengatasi batasan teknikal dalam sintesis serbuk ultrahalus serta penjajaran dan pensinteran serbuk yang diperlukan untuk menghasilkan magnet kekal Nd-Fe-B berprestasi tinggi. Secara khusus, kami mengemukakan pendekatan teknikal baharu yang dapat meningkatkan prestasi magnet tanpa bergantung pada unsur nadir bumi berat yang mahal.

KIMS mengenal pasti motor pacuan kenderaan elektrik dan robot humanoid sebagai aplikasi berpotensi setelah penyepaduan proses dan teknologi pengeluaran besar-besaran selanjutnya diwujudkan. Magnet kekal turut digunakan dalam sendi robot dan penjana turbin angin, menjadikan pendekatan pembuatan ini relevan kepada beberapa industri yang bergantung pada bahan magnet kuat.

Pengumuman itu tidak memberikan angka koersiviti, had suhu operasi, kos pengeluaran, sasaran kapasiti kilang atau tarikh pelancaran komersial. Butiran tersebut penting bagi pengeluar yang menentukan sama ada proses ini dapat memenuhi keperluan motor atau robot tertentu.

Walaupun KIMS menyatakan terdapat peningkatan koersiviti dan memperincikan langkah pemprosesan yang digunakan untuk mengekalkannya, bahan yang dibekalkan tidak menyertakan nilai koersiviti yang diukur atau keputusan ujian suhu operasi. Oleh itu, prestasi magnet pada suhu tinggi yang dihadapi dalam aplikasi motor tidak dinyatakan secara kuantitatif.

Manfaat bekalan tertumpu pada pengurangan permintaan terhadap disprosium dan terbium dalam magnet ini. Bahan suapan neodimium dan oksida nadir bumi masih menjadi sebahagian daripada proses tersebut. Bagi Korea, peluang perindustriannya ialah membangunkan lebih banyak keupayaan pembuatan dalam negara sambil mengurangkan kebergantungan pada bahan tambahan nadir bumi berat yang ingin digantikan oleh para penyelidik.

Pencapaian segera ialah satu rangkaian teknologi pemprosesan teras yang lengkap, daripada serbuk berukuran kira-kira satu mikrometer hingga magnet tersinter. Langkah seterusnya yang dikenal pasti oleh pasukan itu ialah menghubungkan teknologi-teknologi tersebut untuk pengeluaran berskala besar agar bahan itu dapat digunakan dalam peralatan industri yang mencabar.

Perkara Utama

• KIMS mengumumkan pendekatan pembuatan magnet Nd-Fe-B tanpa disprosium atau terbium pada 23 Oktober 2026.
• Proses itu mensintesis secara langsung zarah serbuk berketulenan tinggi yang berukuran kira-kira satu mikrometer.
• Rawatan baharu menangani pengoksidaan, penjajaran zarah dan karbon yang tertinggal daripada pelincir.
• Penyelidikan itu diterbitkan dalam dua jurnal dan pasukan tersebut menghasilkan sembilan paten berkaitan.
• Penyepaduan proses dan usaha pengeluaran besar-besaran selanjutnya diperlukan untuk aplikasi kenderaan dan robot yang dicadangkan.
• Magnet itu masih mengandungi neodimium, iaitu unsur nadir bumi.
• Bahan yang dibekalkan tidak menyertakan nilai koersiviti yang diukur atau keputusan ujian suhu operasi.