缝衣针掉到地面上怎么办？聪明的人会找一块磁铁，也就是俗称的吸铁石，在掉针的地方来回吸几下，就能够快速地将小小的缝衣针吸起来，简单又实用。磁铁这种神奇的物质早在5000多年前就被人类所认识。那时发现的磁铁其实是一种矿石，它来源于自然界中的磁铁矿，化学上称之为四氧化三铁，是铁与空气中的氧气发生化学反应后得到的。因为这种天然矿石能够将小铁屑、铁针等物品紧紧地吸在自己的怀里，就像慈母抱着自己的孩子一样，因此人们把它叫做“慈石”，后来改称为“磁石”或“磁铁”。物理学上称之为“永磁材料”，意思是能够永远保持磁性的材料。
图1. 马蹄型磁铁吸引铁钉的照片。
事实上，磁铁矿石吸力比较弱，只能吸起来铁屑、缝衣针等比较轻的物品。随着科技的进步，人们先后发明了很多其他类型的磁铁，它们的吸力比磁铁矿石要大得多，比如钡锶铁氧体、铝镍钴、钐钴、钕铁硼等。其中，钕铁硼是迄今为止人类发现的最强的永磁材料，被称为“磁王”。因为磁体中的钕元素是稀土金属元素的一种，因此钕铁硼也被称为稀土永磁材料。钕铁硼这种超强磁体的吸力到底有多强呢？我们以碳钢磁体为例和钕铁硼进行一个对比。要达到相同的吸力，所需钕铁硼的体积仅为碳钢的1/60；换句话说，所需钕铁硼和碳钢的体积分别相当于一个新生婴儿和两个姚明加在一起的体积（图2），可见钕铁硼的磁力确实“牛”。图3照片中的磁体就是不同形状的钕铁硼磁体，外表看钕铁硼磁体跟其他磁体没有什么区别，形状比较简单，长相比较朴素。但因为磁力非常强，因此钕铁硼称得上永磁材料家族重的一员猛将。
图2. 两个姚明和新生婴儿的大小比较。
图3. 不同形状的钕铁硼磁体的照片(磁体表面镀有不同颜色的金属镀层，以防止磁体氧化)。
钕铁硼的磁力如此之强，那它有什么用处呢？其实在我们日常生活中的很多方面都有它的踪影。从小巧的耳机、手机，到iPad、笔记本，再到更大的电动汽车和核磁共振设备，里面都有钕铁硼磁体的身影。钕铁硼最大的应用领域就是各种各样的电机，它们有一个专门的名字叫稀土永磁电机。稀土永磁电机的特点是推力大、效率高、节能环保，包括微型电机和大推力电机等类型。比如我们的智能手机，在振动模式下收到电话或短信时手机会“嗡嗡”地振动，这种振动就是由含有钕铁硼磁体的微型电机产生的。再比如电脑中的主轴电机，它可以带动电脑硬盘高速旋转，其转速能够达到每分钟几千转。这种高速电机中的磁体就是使用钕铁硼来提供强磁场的。当你乘坐电梯并享受电梯的迅捷方便时，你可曾想到带动电梯升降的曳引电机中钕铁硼磁体正在默默无闻地为你服务。如果说上述应用算得上“高大上”，那么钕铁硼在电动自行车上的应用可以说是走的“亲民”路线。由于钕铁硼电机的推力大，因此特别受到电动车的青睐。下次当你看到马路上洪水般的电动车大军时，或者当你骑着电动车享受绿色低碳而又轻松的短途出行时，记得它的心脏部件是钕铁硼电机哦！
除了用于各种电动机，钕铁硼还被用于风力发电机。据统计，一台功率为1.5兆瓦的风力发电装置大约要使用1吨重的钕铁硼，算得上钕铁硼磁体的“大客户”。尽管风力发电机中钕铁硼的使用量让人震撼，但钕铁硼磁体用量最大的领域却是电声器件，像听音乐时所使用的高品质耳机，电影院的高品质音响系统，均使用了钕铁硼磁体。钕铁硼磁体另一个比较“亲民”的应用是皮包上的磁吸扣。皮包上的这种磁吸扣由于使用简单、方便快捷，深受广大消费者的喜爱。
看了上面这些用途，你有没有觉得钕铁硼“不可貌相”？
图4. 钕铁硼磁体的应用领域。
稀土磁性功能材料实验室
尹文宗