在本月初舉辦的特斯拉投資者上，Elon Musk等人以關於能源和環境的漫無邊際、詳細的討論开始，然後轉變爲一系列基本上可以預見的公告和吹噓。然後，莫名其妙地傳來了一個絕對的重磅炸彈：“我們設計了我們的下一個驅動單元，它使用永磁電機，根本不使用任何稀土元素，”特斯拉電力總監Colin Campbell宣稱。

這是一個驚人的發現，讓大多數永磁專家都感到警惕和困惑。特拉華大學的研究員Alexander Gabay直截了當地說：“我懷疑在不久的將來任何非稀土永磁體都可以用於同步牽引電機。” 在瑞典的烏普薩拉大學，物理學家Alena Vishina闡述道，“我不確定是否有可能只使用不含稀土的材料來制造強大而高效的電機。”

在最近的一次磁學會議上，位於阿靈頓的德克薩斯大學教授Ping Liu詢問其他研究人員他們對特斯拉的聲明有何看法。“沒有人完全理解這一點，”他報告說。（特斯拉沒有回復要求詳細說明Campbell評論的電子郵件。）

特斯拉的技術實力不容小覷。但另一方面，這家公司——尤其是它的首席執行官——有過偶爾做出聳人聽聞的聲明但沒有成功的歷史（例如，我們仍在等待35,000 美元的 Model 3 ）。

這裏的問題是物理學，即使是特斯拉也無法改變。當晶體中某些原子的電子自旋被迫指向同一方向時，某些晶體材料就會出現永磁現象。這些對齊的自旋越多，磁性越強。爲此，理想的原子是那些未配對的電子在所謂的3d 軌道中圍繞原子核聚集的原子。頂部是鐵，有四個不成對的 3d 電子，頂部是鈷，則有三個。

但僅憑 3d 電子還不足以制造超強磁鐵。正如研究人員幾十年前發現的那樣，通過在 4f 軌道上添加具有未成對電子的晶格原子，尤其是稀土元素釹、釤和鏑，可以大大提高磁強度。這些 4f 電子增強了晶格的一種稱爲磁各向異性的特性——實際上，它們促進了原子的磁矩與晶格中特定方向的粘附。反過來，可以利用它來實現高矯頑力，讓永磁體保持磁化狀態的基本特性。此外，通過幾個復雜的物理機制，未配對的 4f 電子可以通過協調和穩定晶格中 3d 電子的自旋排列來放大晶體的磁性。

自 1980 年代以來，基於釹、鐵和硼 (NdFeB)的化合物的永磁體主導了高性能應用，包括電機、智能手機、揚聲器和風力渦輪發電機。倫敦 Roskill Information Services 2019 年的一項研究發現，汽車牽引電機中使用的永磁體中有90%以上是 NdFeB。

那么，如果特斯拉的下一款電機不是稀土永磁體，那會是哪種？在愿意推測的專家中，選擇是一致的：鐵氧體磁鐵。在迄今爲止發明的非稀土永磁體中，只有兩種在大規模生產：鐵氧體和另一種稱爲鋁鎳鈷（鋁鎳鈷）的永磁體。特斯拉不會使用 Alnico， IEEE Spectrum聯系的六位專家堅稱。這些磁鐵很脆弱，更重要的是，全球鈷供應量不足，它們僅佔永磁體市場的不到 2% 。

基於一種氧化鐵的鐵氧體磁鐵價格便宜，按銷售額計算佔永磁體市場的近 30%。但它們也很脆弱（一個主要用途是關上冰箱門）。永磁體的一個關鍵性能指標是其最大能量積，以兆高斯-奧斯特 (MGOe) 爲單位測量。它反映了磁體的強度及其矯頑力。對於汽車牽引電機常用的那種釹鐵硼，這個值一般在35MGOe左右。對於最好的鐵氧體磁鐵，它大約是 4。

特斯拉投資者日3 月 1 日的會議以關於能源和環境的漫無邊際、詳細的討論开始，然後轉變爲一系列基本上可以預見的公告和吹噓。然後，莫名其妙地傳來了一個絕對的重磅炸彈：“我們設計了我們的下一個驅動單元，它使用永磁電機，根本不使用任何稀土元素，”特斯拉電力總監科林坎貝爾宣稱-培養工程。

這是一個驚人的發現，讓大多數永磁專家都感到警惕和困惑。特拉華大學的研究員Alexander Gabay直截了當地說：“我懷疑在不久的將來任何非稀土永磁體都可以用於同步牽引電機。” 在瑞典的烏普薩拉大學，物理學家Alena Vishina闡述道，“我不確定是否有可能只使用不含稀土的材料來制造強大而高效的電機。”

這裏的問題是物理學，即使是特斯拉也無法改變。

在最近的一次磁學會議上，位於阿靈頓的德克薩斯大學教授Ping Liu詢問其他研究人員他們對特斯拉的聲明有何看法。“沒有人完全理解這一點，”他報告說。（特斯拉沒有回復要求詳細說明坎貝爾評論的電子郵件。）

特斯拉的技術實力不容小覷。但另一方面，這家公司——尤其是它的首席執行官——有過偶爾做出聳人聽聞的聲明但沒有成功的歷史（例如，我們仍在等待35,000 美元的 Model 3 ）。

這裏的問題是物理學，即使是特斯拉也無法改變。當晶體中某些原子的電子自旋被迫指向同一方向時，某些晶體材料就會出現永磁現象。這些對齊的自旋越多，磁性越強。爲此，理想的原子是那些未配對的電子在所謂的3d 軌道中圍繞原子核聚集的原子。頂部是鐵，有四個不成對的 3d 電子，頂部是鈷，有三個。

但僅憑 3d 電子還不足以制造超強磁鐵。正如研究人員幾十年前發現的那樣，通過在 4f 軌道上添加具有未成對電子的晶格原子，尤其是稀土元素釹、釤和鏑，可以大大提高磁強度。這些 4f 電子增強了晶格的一種稱爲磁各向異性的特性——實際上，它們促進了原子的磁矩與晶格中特定方向的粘附。反過來，可以利用它來實現高矯頑力，讓永磁體保持磁化狀態的基本特性。此外，通過幾個復雜的物理機制，未配對的 4f 電子可以通過協調和穩定晶格中 3d 電子的自旋排列來放大晶體的磁性。

自 1980 年代以來，基於釹、鐵和硼 (NdFeB)的化合物的永磁體主導了高性能應用，包括電機、智能手機、揚聲器和風力渦輪發電機。倫敦 Roskill Information Services 2019 年的一項研究發現，汽車牽引電機中使用的永磁體中有90%以上是 NdFeB。

那么，如果特斯拉的下一款電機不是稀土永磁體，那會是哪種？在愿意推測的專家中，選擇是一致的：鐵氧體磁鐵。在迄今爲止發明的非稀土永磁體中，只有兩種在大規模生產：鐵氧體和另一種稱爲鋁鎳鈷（鋁鎳鈷）的永磁體。特斯拉不會使用 Alnico， IEEE Spectrum聯系的六位專家堅稱。這些磁鐵很脆弱，更重要的是，全球鈷供應量不足，它們僅佔永磁體市場的不到 2% 。

有超過 20 種永磁體不使用稀土元素，或者使用的稀土元素不多。但這些都沒有在實驗室之外產生影響。

基於一種氧化鐵的鐵氧體磁鐵價格便宜，按銷售額計算佔永磁體市場的近 30%。但它們也很脆弱（一個主要用途是關上冰箱門）。永磁體的一個關鍵性能指標是其最大能量積，以兆高斯-奧斯特 (MGOe) 爲單位測量。它反映了磁體的強度及其矯頑力。對於汽車牽引電機常用的那種釹鐵硼，這個值一般在35MGOe左右。對於最好的鐵氧體磁鐵，它大約是 4。

西班牙巴斯克材料、應用和納米結構中心的磁學研究員Daniel Salazar Jaramillo說：“即使你得到性能最好的鐵氧體磁鐵，你的性能也會比釹鐵硼低 5 到 10 倍。”。因此，與使用 NdFeB 磁體構建的同步電機相比，基於鐵氧體磁體的同步電機將更大、更重、更弱，或者兩者兼而有之。

可以肯定的是，還有許多其他永磁體不使用稀土元素或使用的稀土元素不多。但這些都沒有在實驗室之外產生影響。商業上成功的永磁體所需的屬性列表包括高磁場強度、高矯頑力、耐高溫、良好的機械強度、易於制造以及不依賴稀缺、有毒或由於其他原因而有問題的元素. 今天的所有候選人都未能勾選其中一個或多個方框。

氮化鐵磁體，來自初創公司 Niron Magnetics 的磁體，是新興的不使用稀土元素的永磁體中最有前途的磁體之一。

但一些研究人員說，再給它幾年時間，其中一兩個很可能會取得突破。其中最有前途的是：氮化鐵 Fe 16 N 2。明尼阿波利斯的一家初創公司Niron Magnetics現在正在將這項技術商業化，這項技術是2000 年代初期明尼蘇達大學的Jian Ping Wang在ARPA-E 的資助下开創的，此前他曾在 Hitachi 工作。Niron 的執行副總裁 Andy Blackburn 告訴Spectrum，該公司打算在 2024 年晚些時候推出其首款產品。Blackburn 表示，這將是一種能量積高於 10 MGOe 的永磁體，他預計其將應用於揚聲器和傳感器等領域。如果成功，這將是自40年前的釹鐵硼以來第一個商業化的新型永磁體，也是自60年前最好的鐵氧體類型鍶鐵氧體以來第一個商業化的非稀土永磁體。

據 Blackburn 稱，Niron 將在 2025 年推出能量積超過 30 MGOe 的磁鐵。爲此，他做出了一個相當大膽的預測：“它將具有與釹一樣好或更好的通量。它將具有鐵氧體的矯頑力，並且具有釤鈷的溫度系數”——優於釹鐵硼。如果磁鐵真的能夠結合所有這些屬性（一個很大的假設），它將非常適合用於電動汽車的牽引電機。

布萊克本宣稱，未來還會有更多。“所有這些新的納米級工程能力使我們能夠創造出 20 年前不可能制造的材料，”他說。

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