कोरियाई शोधकर्ताओं ने महंगे भारी दुर्लभ मृदा तत्वों के बिना नियोडिमियम चुंबक बनाने की प्रक्रिया विकसित की

कारों और रोबोटों में इस्तेमाल होने वाले चुंबकों के लिए एक नई विनिर्माण प्रक्रिया

दक्षिण कोरिया के कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ मैटेरियल्स साइंस (KIMS) ने 23 अक्टूबर, 2026 को घोषणा की कि उसके शोधकर्ताओं ने महंगे भारी दुर्लभ मृदा तत्व डिस्प्रोसियम और टर्बियम मिलाए बिना शक्तिशाली स्थायी चुंबक बनाने की मूल विनिर्माण तकनीकें विकसित की हैं। इस प्रक्रिया में लगभग एक माइक्रोमीटर आकार के उच्च शुद्धता वाले पाउडर कणों का इस्तेमाल होता है और इसमें पाउडर उत्पादन, चुंबकीय संरेखण तथा सिंटरिंग शामिल हैं। सिंटरिंग वह ताप प्रक्रिया है जिसमें दबाए गए पाउडर को ठोस चुंबक में बदला जाता है।

KIMS की पूरी घोषणा में अतिसूक्ष्म एकल-क्रिस्टल Nd-Fe-B पाउडर के विकास और भारी दुर्लभ मृदा तत्व मिलाए बिना उससे स्थायी चुंबक बनाने के लिए जरूरी संरेखण तथा सिंटरिंग तकनीकों का वर्णन है।

यह काम संस्थान के नैनोमैटेरियल्स अनुसंधान प्रभाग में वरिष्ठ शोधकर्ता किम सु-मिन और प्रमुख शोधकर्ता किम ताए-हून तथा ली जंग-गू ने किया। उनका तरीका नियोडिमियम, आयरन और बोरॉन से बने चुंबकों पर केंद्रित है, जिन्हें Nd-Fe-B चुंबक कहा जाता है। इनका इस्तेमाल इलेक्ट्रिक वाहन मोटरों, रोबोट के जोड़ों और पवन टर्बाइन जनरेटरों में होता है।

नियोडिमियम अब भी एक जरूरी घटक है। इस प्रगति का संबंध खास भारी दुर्लभ मृदा तत्वों को मिलाने की जरूरत खत्म करने और चुंबक की चुंबकत्व खोने से बचने की क्षमता बेहतर बनाने से है। टीम ने पदार्थ के क्रिस्टल कणों को छोटा करके और बने हुए महीन पाउडर को उपयोगी चुंबक में बदलने के तरीके विकसित करके यह लक्ष्य हासिल करने की कोशिश की।

कोरियाई निर्माताओं के लिए इसका संभावित लाभ देश में ही उत्पादन का ऐसा तरीका है जिससे उन महंगी सामग्रियों पर निर्भरता घटेगी जिनकी आपूर्ति कुछ ही देशों में केंद्रित है। किम ने कहा कि इलेक्ट्रिक वाहन मोटरों और ह्यूमनॉइड रोबोटों में इस्तेमाल से पहले प्रक्रियाओं को जोड़ने और बड़े पैमाने पर उत्पादन स्थापित करने के लिए और काम करना होगा।

चुंबकत्व खोने से बचाव क्यों अहम है

Nd-Fe-B चुंबकों का व्यापक इस्तेमाल इसलिए होता है क्योंकि वे शक्तिशाली चुंबकीय क्षेत्र पैदा करते हैं। हालांकि, इलेक्ट्रिक वाहन मोटर में केवल चुंबकीय ताकत ही जरूरी नहीं होती। गर्म वातावरण में काम करते हुए चुंबक को अपना चुंबकत्व भी बनाए रखना होता है।

शोधकर्ता चुंबकत्व खत्म होने के प्रतिरोध को कोअर्सिविटी कहते हैं। सरल शब्दों में, यह बताती है कि चुंबक उस विपरीत चुंबकीय क्षेत्र का कितनी मजबूती से प्रतिरोध करता है जो उसकी चुंबकीय अवस्था बदलने की कोशिश करता है। मोटर के कठिन उपयोगों में उच्च कोअर्सिविटी विशेष रूप से उपयोगी होती है, जहां चुंबकीय प्रदर्शन बनाए रखना जरूरी है।

इस प्रतिरोध को बेहतर बनाने के लिए आमतौर पर डिस्प्रोसियम और टर्बियम मिलाए जाते हैं। दोनों भारी दुर्लभ मृदा तत्वों के समूह में आते हैं और महंगी सामग्रियां हैं, जिनकी आपूर्ति कुछ जगहों पर केंद्रित है। इसलिए निर्माताओं के पास जरूरी चुंबकीय गुण हासिल करने के दूसरे तरीके तलाशने का कारण है।

KIMS टीम ने इन तत्वों के बजाय चुंबक की आंतरिक संरचना पर ध्यान दिया। उनके तरीके में बहुत महीन पाउडर का इस्तेमाल होता है, जिससे छोटे क्रिस्टल कण बनते हैं। ये तैयार पदार्थ के भीतर मौजूद सूक्ष्म क्रिस्टलीय क्षेत्र होते हैं। इन कणों को और महीन करके डिस्प्रोसियम या टर्बियम मिलाए बिना कोअर्सिविटी बेहतर की जा सकती है।

मिश्रधातु को पीसने के बजाय सूक्ष्म कण बनाना

पारंपरिक पाउडर उत्पादन में पहले से बनी मिश्रधातु को छोटे टुकड़ों में तोड़ा जाता है। लेकिन इस तरीके की सीमाएं हैं, खासकर जब इस प्रक्रिया के लिए बेहद महीन कण हासिल करने हों।

इसके बजाय शोधकर्ताओं ने शुरुआती सामग्री के रूप में दुर्लभ मृदा ऑक्साइड का इस्तेमाल किया और रिडक्शन तथा डिफ्यूजन प्रक्रिया के जरिए सीधे महीन Nd-Fe-B क्रिस्टल कण बनाए। इसे संक्षेप में RD कहते हैं। रिडक्शन में शुरुआती यौगिकों से ऑक्सीजन हटाई जाती है, जबकि डिफ्यूजन में परमाणुओं को गति करके आपस में जुड़ने और वांछित पदार्थ बनाने दिया जाता है।

बने हुए पाउडर कण लगभग एक माइक्रोमीटर, यानी एक मीटर का दस लाखवां हिस्सा, आकार के थे। यह एक मिलीमीटर का एक हजारवां हिस्सा है। यह चुंबक बनाने में इस्तेमाल होने वाले पाउडर कणों का आकार है, तैयार पुर्जे का नहीं।

सीधे संश्लेषण से शुरुआत में ही छोटे कण बनते हैं और इस तरह पीसने की आकार संबंधी सीमाओं से बचा जा सकता है। इसके बाद शोधकर्ताओं को पाउडर की गुणवत्ता बनाए रखनी थी और उन बेहद छोटे कणों के लिए उपयुक्त प्रसंस्करण तरीके विकसित करने थे, जो आपस में चिपक जाते हैं।

पाउडर को ऑक्सीकरण से बचाना

RD प्रक्रिया में पहले से एक प्रसंस्करण समस्या थी: पाउडर का ऑक्सीकरण। प्रक्रिया के दौरान ऑक्सीजन की पदार्थ के साथ प्रतिक्रिया उसकी गुणवत्ता को प्रभावित कर सकती है। इसलिए उपयोगी चुंबकीय पदार्थ बनाने के लिए पाउडर की स्थिति पर नियंत्रण जरूरी है।

ऑक्सीकरण की समस्या से निपटने के लिए KIMS टीम ने संश्लेषण के बाद एक उपचार विकसित किया। संस्थान के अनुसार, इससे लगभग एक माइक्रोमीटर आकार का उच्च शुद्धता वाला Nd-Fe-B पाउडर बनाया जा सका।

इस तरह पाउडर का आकार और शुद्धता, दोनों काम के आपस में जुड़े हिस्से थे। शोधकर्ताओं को कण इतने छोटे चाहिए थे कि उनसे क्रिस्टल कणों का आकार घटाया जा सके, साथ ही अवांछित रासायनिक बदलावों को भी रोकना था, जो इस फायदे को कम कर सकते थे।

अगला काम था इन कणों को उपयोगी दिशा में संरेखित करना और विनिर्माण के दौरान उन्हें एक साथ बांधे रखना। महीन चुंबकीय पाउडर को तैयार स्थायी चुंबक बनने से पहले संरेखण, आकार देने और ताप उपचार की जरूरत होती है।

महीन कणों को संरेखित करने में मदद

बहुत छोटे कणों को संभालना मुश्किल होता है। उनके बीच घर्षण और आपस में गुच्छे बनाने की प्रवृत्ति के कारण चुंबकीय क्षेत्र में हर कण को वांछित दिशा में घुमाना कठिन हो जाता है।

संरेखण इसलिए जरूरी है क्योंकि पाउडर की चुंबकीय दिशाओं को एक साथ काम करना होता है। जब अधिक कण वांछित दिशा में संरेखित होते हैं, तो तैयार चुंबक पदार्थ के चुंबकीय गुणों का बेहतर इस्तेमाल कर सकता है।

शोधकर्ताओं ने कणों को आसानी से गति करने में मदद के लिए पाउडर की सतह पर स्नेहक की परत चढ़ाई। उन्होंने घटती तीव्रता वाला प्रत्यावर्ती चुंबकीय क्षेत्र भी लगाया। इस क्षेत्र की दिशा बदलती रहती है और इसकी ताकत धीरे-धीरे घटती है, जिससे कणों को संरेखित होने में मदद मिलती है।

KIMS ने कहा कि इस संयोजन से पाउडर का संरेखण और आकार दिए गए पाउडर के ढांचे की स्थिरता, दोनों बेहतर हुए। यह ढांचा दबाए गए पाउडर का वह रूप है जिसे सिंटरिंग से पहले तैयार किया जाता है। इसकी स्थिरता बनाए रखना जरूरी है, ताकि कणों की वांछित व्यवस्था विनिर्माण के बाकी चरणों में भी बनी रहे।

स्नेहक से बचे कार्बन को हटाना

स्नेहक ने एक समस्या हल की, लेकिन प्रसंस्करण से जुड़ी एक नई चिंता पैदा की: बचा हुआ कार्बन। स्नेहक से बचा कार्बन ताप उपचार के बाद कोअर्सिविटी घटा सकता था, जिससे उस गुण को नुकसान पहुंचता जिसे टीम बनाए रखना चाहती थी।

शोधकर्ताओं ने बचे हुए कार्बन को कम करने के लिए हाइड्रोजन-सहायता वाली प्रक्रिया का इस्तेमाल किया। KIMS ने कहा कि इस उपचार ने गर्म करने के बाद कोअर्सिविटी में होने वाली गिरावट को दूर किया और अतिसूक्ष्म पाउडर से सिंटर्ड चुंबक बनाने का रास्ता तैयार करने में मदद की।

सिंटरिंग में गर्मी से दबाए गए कणों को जोड़कर सघन ठोस पदार्थ बनाया जाता है। इस शोध में चुनौती थी छोटे, सावधानी से संरेखित कणों से ठोस चुंबक बनाना और साथ ही वांछित चुंबकीय प्रदर्शन बनाए रखना।

इस काम में विनिर्माण के कई चरण एक साथ जुड़े: महीन कणों का संश्लेषण, ऑक्सीकरण को सीमित करना, संरेखण बेहतर करना, दबाए गए पाउडर को स्थिर रखना और ताप उपचार पूरा करने से पहले कार्बन घटाना। हर चरण ने ऐसी समस्या का समाधान किया जो पहले किए गए सुधारों का लाभ घटा सकती थी।

दो जर्नल प्रकाशन और नौ पेटेंट

इस शोध को कोरिया नेशनल रिसर्च फाउंडेशन के नैनो एंड मैटेरियल्स टेक्नोलॉजी डेवलपमेंट प्रोग्राम के तहत समर्थन मिला। इसे विज्ञान और आईसीटी मंत्रालय ने वित्तपोषित किया। KIMS ने कहा कि टीम ने इन तकनीकों से जुड़े नौ पेटेंट हासिल किए।

निष्कर्ष दो जर्नलों में प्रकाशित हुए। एक अध्ययन में अतिसूक्ष्म पाउडर का उत्पादन और दूसरे में पाउडर का संरेखण तथा चुंबक निर्माण शामिल था। प्रकाशनों के क्रम से पता चलता है कि पाउडर संश्लेषण पर काम पहले प्रकाशित हुआ और उस पाउडर से चुंबक बनाने का शोध बाद में।

• 14 जुलाई, 2026: अतिसूक्ष्म Nd-Fe-B पाउडर उत्पादन पर शोध Journal of Alloys and Compounds में प्रकाशित हुआ।
• 19 सितंबर, 2026: पाउडर के संरेखण और चुंबक निर्माण पर शोध Chemical Engineering Journal में ऑनलाइन प्रकाशित हुआ।
• 23 अक्टूबर, 2026: KIMS ने संयुक्त विनिर्माण प्रगति और उसके संभावित औद्योगिक उपयोगों की घोषणा की।

पाउडर उत्पादन का अध्ययन ऑनलाइन प्रकाशित हुआ, जिसके संबंधित लेखक किम ताए-हून और ली जंग-गू थे। संरेखण और चुंबक निर्माण के अध्ययन में मास्टर डिग्री के बाद शोध कर रहीं किम सो-योन प्रथम लेखक थीं और शोध प्रमुख किम सु-मिन संबंधित लेखक थे।

इन अध्ययनों के पहचान क्रमशः 10.1016/j.jallcom.2026.189820 और 10.1016/j.cej.2026.182156 हैं। ये डिजिटल ऑब्जेक्ट आइडेंटिफायर संबंधित शोधपत्रों को खोजने के लिए स्थायी संदर्भ संख्या देते हैं।

निर्माताओं को अब भी क्या चाहिए

KIMS में शोध प्रमुख और वरिष्ठ शोधकर्ता किम सु-मिन ने इस परिणाम को पाउडर संश्लेषण और उसके बाद के विनिर्माण चरणों, दोनों में हुई प्रगति बताया। उन्होंने कहा:

यह शोध महत्वपूर्ण है, क्योंकि इसने उच्च प्रदर्शन वाले Nd-Fe-B स्थायी चुंबक बनाने के लिए जरूरी अतिसूक्ष्म पाउडर संश्लेषण, पाउडर संरेखण और सिंटरिंग की तकनीकी सीमाओं को दूर किया है। खास तौर पर, हमने एक ऐसा नया तकनीकी तरीका पेश किया है जिससे महंगे भारी दुर्लभ मृदा तत्वों पर निर्भर हुए बिना चुंबक का प्रदर्शन बेहतर किया जा सकता है।

KIMS ने कहा कि आगे प्रक्रिया के और एकीकरण तथा बड़े पैमाने पर उत्पादन की तकनीकें विकसित होने के बाद इलेक्ट्रिक वाहन ड्राइव मोटरों और ह्यूमनॉइड रोबोटों में इसका इस्तेमाल हो सकता है। स्थायी चुंबक रोबोटों के जोड़ों और पवन टर्बाइन जनरेटरों में भी काम आते हैं। इसलिए यह विनिर्माण तरीका उन कई उद्योगों के लिए प्रासंगिक है जो शक्तिशाली चुंबकीय सामग्रियों पर निर्भर हैं।

घोषणा में कोअर्सिविटी के संख्यात्मक परिणाम, काम करने के तापमान की सीमाएं, उत्पादन लागत, कारखाने के उत्पादन लक्ष्य या व्यावसायिक शुरुआत की तारीख नहीं दी गई। किसी खास मोटर या रोबोट की जरूरतें पूरी होंगी या नहीं, यह तय करने वाले निर्माताओं के लिए ये जानकारियां अहम होंगी।

हालांकि KIMS ने कोअर्सिविटी में सुधार और उसे बनाए रखने के लिए इस्तेमाल किए गए प्रसंस्करण चरणों का उल्लेख किया, लेकिन उपलब्ध सामग्री में कोअर्सिविटी के मापे गए मान या कामकाजी तापमान पर परीक्षण के नतीजे नहीं दिए गए। इसलिए यह स्पष्ट नहीं होता कि मोटर में इस्तेमाल के दौरान ऊंचे तापमान पर चुंबक कैसा प्रदर्शन करते हैं।

आपूर्ति से जुड़ा लाभ इन चुंबकों में डिस्प्रोसियम और टर्बियम की मांग घटाने पर केंद्रित है। नियोडिमियम और दुर्लभ मृदा ऑक्साइड से प्राप्त शुरुआती सामग्री इस प्रक्रिया का हिस्सा बनी रहती हैं। कोरिया के लिए औद्योगिक अवसर घरेलू विनिर्माण क्षमता विकसित करना और शोधकर्ताओं द्वारा हटाए जाने की कोशिश किए गए भारी दुर्लभ मृदा तत्वों पर निर्भरता घटाना है।

फिलहाल की उपलब्धि लगभग एक माइक्रोमीटर पाउडर से लेकर सिंटर्ड चुंबक तक की आपस में जुड़ी मूल प्रसंस्करण तकनीकें हैं। टीम के अनुसार अगला कदम बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए इन तकनीकों को जोड़ना है, ताकि यह पदार्थ कठिन औद्योगिक उपयोगों की दिशा में आगे बढ़ सके।

मुख्य बातें

• KIMS ने 23 अक्टूबर, 2026 को डिस्प्रोसियम या टर्बियम के बिना Nd-Fe-B चुंबक बनाने की प्रक्रिया की घोषणा की।
• इस प्रक्रिया में लगभग एक माइक्रोमीटर आकार के उच्च शुद्धता वाले पाउडर कणों का सीधे संश्लेषण किया जाता है।
• नए उपचार ऑक्सीकरण, कणों के संरेखण और स्नेहक से बचे कार्बन की समस्या का समाधान करते हैं।
• शोध दो जर्नलों में प्रकाशित हुआ और टीम ने इससे जुड़े नौ पेटेंट हासिल किए।
• वाहनों और रोबोटों में प्रस्तावित उपयोग के लिए प्रक्रिया को और एकीकृत करने तथा बड़े पैमाने पर उत्पादन पर काम करना जरूरी है।
• इन चुंबकों में दुर्लभ मृदा तत्व नियोडिमियम अब भी शामिल है।
• उपलब्ध सामग्री में कोअर्सिविटी के मापे गए मान या कामकाजी तापमान पर परीक्षण के नतीजे नहीं दिए गए।