ব্যয়বহুল ভারী বিরল মৃত্তিকা ছাড়াই নিওডিমিয়াম চুম্বক তৈরির প্রক্রিয়া উদ্ভাবন করেছেন দক্ষিণ কোরিয়ার গবেষকেরা

গাড়ি ও রোবটে ব্যবহৃত চুম্বক তৈরির নতুন পদ্ধতি

দক্ষিণ কোরিয়ার কোরিয়া ইনস্টিটিউট অব ম্যাটেরিয়ালস সায়েন্স (কেআইএমএস) ২০২৬ সালের ২৩ অক্টোবর জানায়, তাদের গবেষকেরা ব্যয়বহুল ভারী বিরল মৃত্তিকা মৌল ডিসপ্রোসিয়াম ও টার্বিয়াম যোগ না করেই শক্তিশালী স্থায়ী চুম্বক তৈরির মূল প্রযুক্তি উদ্ভাবন করেছেন। এ প্রক্রিয়ায় প্রায় এক মাইক্রোমিটার ব্যাসের উচ্চ বিশুদ্ধতার গুঁড়ার কণা ব্যবহার করা হয়। এতে গুঁড়া তৈরি, চৌম্বকীয় বিন্যাস এবং সিন্টারিং—চাপ দিয়ে জমাট বাঁধানো গুঁড়াকে উত্তপ্ত করে কঠিন চুম্বকে পরিণত করার প্রক্রিয়া—একত্র করা হয়েছে।

কেআইএমএসের পূর্ণ ঘোষণাতে অতি সূক্ষ্ম একক-স্ফটিক Nd-Fe-B গুঁড়া উদ্ভাবনের কথা বলা হয়েছে। ভারী বিরল মৃত্তিকা সংযোজন ছাড়াই একে স্থায়ী চুম্বকে রূপ দিতে প্রয়োজনীয় বিন্যাস ও সিন্টারিং প্রযুক্তির কথাও এতে রয়েছে।

প্রতিষ্ঠানটির ন্যানোম্যাটেরিয়ালস গবেষণা বিভাগে জ্যেষ্ঠ গবেষক কিম সু-মিন এবং প্রধান গবেষক কিম তে-হুন ও ই জং-গু এ কাজ করেছেন। তাঁদের পদ্ধতিটি নিওডিমিয়াম, লোহা ও বোরন দিয়ে তৈরি চুম্বককে লক্ষ্য করে, যা Nd-Fe-B চুম্বক নামে পরিচিত। বৈদ্যুতিক গাড়ির মোটর, রোবটের জয়েন্ট এবং বায়ু টারবাইনের জেনারেটরে এ চুম্বক ব্যবহৃত হয়।

নিওডিমিয়াম এ চুম্বকের অপরিহার্য উপাদান। গবেষণার অগ্রগতি হলো, চুম্বকের চৌম্বকত্ব হারানোর প্রতিরোধক্ষমতা বাড়ানোর পাশাপাশি নির্দিষ্ট কিছু ভারী বিরল মৃত্তিকা সংযোজনের প্রয়োজন দূর করা। এ লক্ষ্য অর্জনে দলটি উপাদানের স্ফটিক কণাগুলো আরও ছোট করেছে এবং সেই সূক্ষ্ম গুঁড়াকে কার্যকর চুম্বকে রূপ দেওয়ার পদ্ধতি উদ্ভাবন করেছে।

দক্ষিণ কোরিয়ার উৎপাদনকারীদের জন্য সম্ভাব্য সুবিধা হলো, দেশে চুম্বক তৈরির এমন একটি পথ তৈরি করা, যা ব্যয়বহুল এবং অল্প কয়েকটি দেশে কেন্দ্রীভূত সরবরাহব্যবস্থার উপকরণের ওপর নির্ভরতা কমায়। কিম বলেন, বৈদ্যুতিক গাড়ির মোটর ও হিউম্যানয়েড রোবটে ব্যবহারের আগে প্রক্রিয়াগুলো সমন্বয় এবং ব্যাপক উৎপাদন প্রতিষ্ঠায় আরও কাজ করতে হবে।

চুম্বকত্ব হারানোর প্রতিরোধ কেন জরুরি

শক্তিশালী চৌম্বক ক্ষেত্র তৈরি করতে পারে বলে Nd-Fe-B চুম্বকের ব্যবহার ব্যাপক। তবে বৈদ্যুতিক গাড়ির মোটরে শুধু চৌম্বক শক্তিই যথেষ্ট নয়। উচ্চ তাপমাত্রার পরিবেশে কাজ করার সময়ও চুম্বকটিকে তার চৌম্বকত্ব ধরে রাখতে হয়।

চৌম্বকত্ব হারানোর বিরুদ্ধে প্রতিরোধকে গবেষকেরা কোয়েরসিভিটি বলেন। সহজভাবে বললে, চুম্বকের অবস্থা বদলানোর চেষ্টা করা বিপরীতমুখী চৌম্বক ক্ষেত্রের বিরুদ্ধে সেটি কতটা শক্তভাবে প্রতিরোধ গড়ে তোলে, তার পরিমাপ এটি। মোটরের মতো কঠিন ব্যবহারে উচ্চ কোয়েরসিভিটি বিশেষভাবে মূল্যবান, কারণ সেখানে চুম্বকের কার্যক্ষমতা ধরে রাখা অপরিহার্য।

এই প্রতিরোধ বাড়াতে সাধারণত ডিসপ্রোসিয়াম ও টার্বিয়াম যোগ করা হয়। দুটিই ভারী বিরল মৃত্তিকা গোষ্ঠীর উপাদান এবং ব্যয়বহুল; সরবরাহব্যবস্থাও অল্প কয়েকটি দেশে কেন্দ্রীভূত। তাই প্রয়োজনীয় চৌম্বক বৈশিষ্ট্য পাওয়ার অন্য উপায় খোঁজার যৌক্তিক কারণ উৎপাদনকারীদের রয়েছে।

কেআইএমএসের দলটি ওই সংযোজনগুলোর বদলে চুম্বকের অভ্যন্তরীণ গঠনের দিকে মনোযোগ দিয়েছে। তাদের পদ্ধতিতে খুব সূক্ষ্ম গুঁড়া ব্যবহার করে ছোট স্ফটিক কণা তৈরি করা হয়। সমাপ্ত উপাদানের ভেতরে থাকা ক্ষুদ্র স্ফটিক অঞ্চলগুলোই এসব কণা। কণাগুলো আরও সূক্ষ্ম করলে ডিসপ্রোসিয়াম বা টার্বিয়াম যোগ না করেই কোয়েরসিভিটি বাড়ানোর পথ তৈরি হয়।

মিশ্র ধাতু গুঁড়ো না করে সূক্ষ্ম কণা তৈরি

প্রচলিত গুঁড়া তৈরির পদ্ধতিতে আগে থেকে থাকা মিশ্র ধাতুকে ভেঙে ছোট টুকরা করা হয়। তবে এ পদ্ধতিতে অত্যন্ত সূক্ষ্ম কণা পাওয়ার সীমাবদ্ধতা রয়েছে, অথচ এই পদ্ধতির জন্য এমন কণাই দরকার।

এর বদলে গবেষকেরা প্রারম্ভিক উপাদান হিসেবে বিরল মৃত্তিকার অক্সাইড ব্যবহার করে, রিডাকশন অ্যান্ড ডিফিউশন (আরডি) নামের প্রক্রিয়ায় সরাসরি সূক্ষ্ম Nd-Fe-B স্ফটিক কণা সংশ্লেষণ করেন। রিডাকশনে প্রারম্ভিক যৌগ থেকে অক্সিজেন অপসারণ করা হয়; আর ডিফিউশনে পরমাণুগুলো চলাচল করে একত্রিত হয়ে কাঙ্ক্ষিত উপাদান তৈরি করে।

তৈরি গুঁড়ার কণাগুলোর ব্যাস ছিল প্রায় এক মাইক্রোমিটার, অর্থাৎ এক মিটারের দশ লাখ ভাগের এক ভাগ। এটি এক মিলিমিটারের এক হাজার ভাগের এক ভাগ। এটি চুম্বক তৈরিতে ব্যবহৃত গুঁড়ার কণার মাপ, তৈরি চুম্বকের মাপ নয়।

সরাসরি সংশ্লেষণের মাধ্যমে শুরু থেকেই ছোট কণা তৈরি করা যায়, ফলে গুঁড়ো করার পদ্ধতির আকারগত সীমাবদ্ধতা এড়ানো সম্ভব। এরপর গবেষকদের গুঁড়ার গুণমান অক্ষুণ্ণ রাখতে এবং এত ছোট কণার উপযোগী প্রক্রিয়াকরণ পদ্ধতি উদ্ভাবন করতে হয়েছে, কারণ এ ধরনের কণা সহজেই পরস্পরের সঙ্গে লেগে যায়।

গুঁড়াকে জারণ থেকে সুরক্ষা

আরডি পদ্ধতিতে আগে থেকেই একটি প্রক্রিয়াগত সমস্যা ছিল: গুঁড়ার জারণ। প্রক্রিয়াকরণের সময় উপাদানের সঙ্গে অক্সিজেন বিক্রিয়া করলে গুণমান ক্ষতিগ্রস্ত হতে পারে। তাই কার্যকর চৌম্বক উপাদান তৈরির জন্য গুঁড়ার অবস্থা নিয়ন্ত্রণ করা অপরিহার্য।

জারণের সমস্যা সমাধানে সংশ্লেষণের পর একটি প্রক্রিয়া উদ্ভাবন করেছে কেআইএমএসের দল। প্রতিষ্ঠানটির ভাষ্য অনুযায়ী, এর ফলে প্রায় এক মাইক্রোমিটার মাপের উচ্চ বিশুদ্ধতার Nd-Fe-B গুঁড়া তৈরি করা সম্ভব হয়েছে।

গুঁড়ার আকার ও বিশুদ্ধতা তাই গবেষণার পরস্পর-সম্পর্কিত দুটি দিক। স্ফটিক কণা সূক্ষ্ম করার জন্য গবেষকদের যথেষ্ট ছোট কণা দরকার ছিল; একই সঙ্গে এমন অনাকাঙ্ক্ষিত রাসায়নিক পরিবর্তনও নিয়ন্ত্রণ করতে হয়েছে, যা এ উন্নতির সুফল নষ্ট করতে পারে।

এরপরের কাজ ছিল কণাগুলোকে কার্যকর দিকে সাজানো এবং উৎপাদনের সময় সেগুলোকে একসঙ্গে ধরে রাখা। সূক্ষ্ম চৌম্বক গুঁড়াকেও চূড়ান্ত স্থায়ী চুম্বকে পরিণত করার আগে বিন্যাস, আকার দেওয়া ও তাপ দিয়ে প্রক্রিয়াকরণের মধ্য দিয়ে নিতে হয়।

সূক্ষ্ম কণাকে সঠিকভাবে সাজানো

অতি ক্ষুদ্র কণা সামলানো কঠিন। কণাগুলোর মধ্যে ঘর্ষণ এবং একসঙ্গে জমাট বাঁধার প্রবণতার কারণে চৌম্বক ক্ষেত্রের মধ্যে প্রতিটি কণাকে কাঙ্ক্ষিত দিকে ঘোরানো কঠিন হয়ে পড়ে।

বিন্যাস গুরুত্বপূর্ণ, কারণ গুঁড়ার কণাগুলোর চৌম্বক দিক একইভাবে কাজ করতে হয়। বেশি কণা কাঙ্ক্ষিত দিকে সাজানো থাকলে সমাপ্ত চুম্বক উপাদানটির চৌম্বক বৈশিষ্ট্য আরও ভালোভাবে কাজে লাগাতে পারে।

কণাগুলোর চলাচল সহজ করতে গবেষকেরা গুঁড়ার পৃষ্ঠে লুব্রিক্যান্টের প্রলেপ দেন। তাঁরা একই সঙ্গে ক্ষয়মান পর্যাবৃত্ত চৌম্বক ক্ষেত্র প্রয়োগ করেন। এ ক্ষেত্রে চৌম্বক ক্ষেত্রের দিক পরিবর্তিত হয়, আর এর শক্তি ধীরে ধীরে কমে; এতে কণাগুলো সঠিক বিন্যাসে স্থির হতে পারে।

কেআইএমএস জানিয়েছে, এ দুই পদ্ধতির সমন্বয়ে গুঁড়ার বিন্যাস এবং আকার দেওয়া গুঁড়ার কাঠামোর স্থিতিশীলতা—দুটিই উন্নত হয়েছে। ওই কাঠামো হলো সিন্টারিংয়ের আগে চাপ দিয়ে তৈরি করা গুঁড়ার জমাট রূপ। পরবর্তী উৎপাদনধাপেও কাঙ্ক্ষিত কণাবিন্যাস অক্ষুণ্ণ রাখার জন্য এর স্থিতিশীলতা জরুরি।

লুব্রিক্যান্ট থেকে রয়ে যাওয়া কার্বন দূর করা

লুব্রিক্যান্ট একটি সমস্যার সমাধান করলেও প্রক্রিয়াকরণের আরেকটি উদ্বেগ তৈরি করে: অবশিষ্ট কার্বন। লুব্রিক্যান্ট থেকে থেকে যাওয়া কার্বন তাপ প্রয়োগের পর কোয়েরসিভিটি কমাতে পারে, ফলে দলটি যে বৈশিষ্ট্য ধরে রাখতে চাইছিল তা দুর্বল হয়ে পড়ে।

অবশিষ্ট কার্বন কমাতে গবেষকেরা হাইড্রোজেন-সহায়িত একটি প্রক্রিয়া ব্যবহার করেন। কেআইএমএস জানিয়েছে, এ প্রক্রিয়ায় উত্তাপের পর কোয়েরসিভিটি হ্রাসের সমস্যা সমাধান হয়েছে এবং অতি সূক্ষ্ম গুঁড়া থেকে সিন্টার করা চুম্বক তৈরির পথ তৈরি হয়েছে।

সিন্টারিংয়ে তাপ দিয়ে চাপপ্রয়োগে জমাট বাঁধানো কণাগুলোকে জুড়ে ঘন কঠিন পদার্থ তৈরি করা হয়। এ গবেষণায় চ্যালেঞ্জ ছিল, ছোট ও যত্ন করে সাজানো কণা থেকে এমন একটি কঠিন চুম্বক তৈরি করা, যাতে কাঙ্ক্ষিত চৌম্বক কার্যক্ষমতা বজায় থাকে।

তাই এ কাজে উৎপাদনের কয়েকটি ধাপ একত্র করা হয়েছে: সূক্ষ্ম কণা সংশ্লেষণ, জারণ সীমিত রাখা, বিন্যাস উন্নত করা, চাপপ্রয়োগে তৈরি গুঁড়ার কাঠামো স্থিতিশীল করা এবং তাপপ্রক্রিয়া শেষ করার আগে কার্বন কমানো। প্রতিটি ধাপে এমন একটি সমস্যার সমাধান করা হয়েছে, যা অন্যথায় আগের ধাপগুলোর উন্নতির সুফল কমিয়ে দিতে পারত।

দুটি জার্নালে প্রকাশনা, নয়টি পেটেন্ট

বিজ্ঞান ও আইসিটি মন্ত্রণালয়ের অর্থায়নে কোরিয়া ন্যাশনাল রিসার্চ ফাউন্ডেশনের ন্যানো অ্যান্ড ম্যাটেরিয়ালস টেকনোলজি ডেভেলপমেন্ট প্রোগ্রামের আওতায় গবেষণাটিতে সহায়তা দেওয়া হয়েছে। কেআইএমএস জানিয়েছে, এ প্রযুক্তিগুলোর সঙ্গে সংশ্লিষ্ট নয়টি পেটেন্ট উদ্ভাবন করেছে দলটি।

গবেষণার ফল দুটি জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে। একটি গবেষণায় অতি সূক্ষ্ম গুঁড়া তৈরি, অন্যটিতে গুঁড়ার বিন্যাস ও চুম্বক তৈরি নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে। সময়ক্রমে প্রথমে গুঁড়া সংশ্লেষণের কাজ, এরপর সেই গুঁড়া থেকে চুম্বক তৈরির গবেষণা প্রকাশিত হয়েছে।

• ১৪ জুলাই, ২০২৬: অতি সূক্ষ্ম Nd-Fe-B গুঁড়া তৈরির গবেষণা Journal of Alloys and Compounds-এ প্রকাশিত হয়।
• ১৯ সেপ্টেম্বর, ২০২৬: গুঁড়ার বিন্যাস ও চুম্বক তৈরির গবেষণা Chemical Engineering Journal-এ অনলাইনে প্রকাশিত হয়।
• ২৩ অক্টোবর, ২০২৬: কেআইএমএস উৎপাদনের সম্মিলিত অগ্রগতি ও সম্ভাব্য শিল্পপ্রয়োগের কথা ঘোষণা করে।

গুঁড়া উৎপাদনবিষয়ক গবেষণাটি অনলাইনে প্রকাশিত হয়; কিম তে-হুন ও ই জং-গু ছিলেন এর যোগাযোগকারী লেখক। বিন্যাস ও চুম্বক উৎপাদনবিষয়ক গবেষণায় স্নাতকোত্তর-পরবর্তী গবেষক কিম সো-ইয়ন ছিলেন প্রথম লেখক এবং গবেষণাপ্রধান কিম সু-মিন ছিলেন যোগাযোগকারী লেখক।

গবেষণা দুটির শনাক্তকারী নম্বর যথাক্রমে 10.1016/j.jallcom.2026.189820 এবং 10.1016/j.cej.2026.182156। এসব ডিজিটাল অবজেক্ট আইডেন্টিফায়ার সংশ্লিষ্ট গবেষণাপত্র খুঁজে পাওয়ার স্থায়ী রেফারেন্স নম্বর হিসেবে কাজ করে।

উৎপাদনকারীদের এখনো যা দরকার

কেআইএমএসের জ্যেষ্ঠ গবেষক ও গবেষণাপ্রধান কিম সু-মিন বলেন, গুঁড়া সংশ্লেষণ থেকে শুরু করে পরবর্তী উৎপাদনধাপ পর্যন্ত এ ফলাফল অগ্রগতি এনেছে। তিনি বলেন:

উচ্চ কার্যক্ষমতার Nd-Fe-B স্থায়ী চুম্বক তৈরিতে প্রয়োজনীয় অতি সূক্ষ্ম গুঁড়া সংশ্লেষণ, গুঁড়ার বিন্যাস ও সিন্টারিংয়ের কারিগরি সীমাবদ্ধতা দূর করতে পেরেছে এ গবেষণা। বিশেষ করে, ব্যয়বহুল ভারী বিরল মৃত্তিকার ওপর নির্ভর না করেই চুম্বকের কার্যক্ষমতা বাড়ানোর একটি নতুন কারিগরি পদ্ধতি আমরা তুলে ধরেছি।

কেআইএমএস জানিয়েছে, প্রক্রিয়াগুলো আরও সমন্বিত করা এবং ব্যাপক উৎপাদনের প্রযুক্তি নিশ্চিত করার পর বৈদ্যুতিক গাড়ির ড্রাইভ মোটর ও হিউম্যানয়েড রোবটে এ প্রযুক্তি ব্যবহারের সম্ভাবনা রয়েছে। স্থায়ী চুম্বক রোবটের জয়েন্ট ও বায়ু টারবাইনের জেনারেটরেও ব্যবহৃত হয়। ফলে শক্তিশালী চৌম্বক উপাদানের ওপর নির্ভরশীল বিভিন্ন শিল্পে এ উৎপাদন পদ্ধতি প্রাসঙ্গিক।

ঘোষণায় কোয়েরসিভিটির কোনো সংখ্যাগত ফলাফল, কার্যকর তাপমাত্রার সীমা, উৎপাদন ব্যয়, কারখানার উৎপাদন লক্ষ্যমাত্রা বা বাণিজ্যিকভাবে বাজারে আনার তারিখ দেওয়া হয়নি। নির্দিষ্ট মোটর বা রোবটের চাহিদা এ প্রক্রিয়া পূরণ করতে পারবে কি না, সে সিদ্ধান্ত নিতে উৎপাদনকারীদের এসব তথ্য দরকার হবে।

কেআইএমএস কোয়েরসিভিটির উন্নতি এবং তা ধরে রাখতে ব্যবহৃত প্রক্রিয়ার কথা বললেও সরবরাহ করা তথ্যে পরিমাপ করা কোয়েরসিভিটির মান বা কার্যকর তাপমাত্রায় পরীক্ষার ফল নেই। ফলে মোটরের কাজে যে উচ্চ তাপমাত্রা দেখা যায়, সেখানে চুম্বকগুলো কেমন কাজ করে তা পরিমাপ করে বলা যায় না।

সরবরাহের ক্ষেত্রে সুবিধাটি হলো এসব চুম্বকে ডিসপ্রোসিয়াম ও টার্বিয়ামের চাহিদা কমানো। তবে প্রক্রিয়ায় নিওডিমিয়াম এবং বিরল মৃত্তিকার অক্সাইডজাত কাঁচামাল এখনো ব্যবহৃত হয়। দক্ষিণ কোরিয়ার জন্য শিল্পক্ষেত্রের সুযোগ হলো দেশে আরও বেশি উৎপাদন সক্ষমতা গড়ে তোলা এবং গবেষকেরা যেসব ভারী বিরল মৃত্তিকার সংযোজনের বিকল্প খুঁজছেন, সেগুলোর ওপর নির্ভরতা কমানো।

তাৎক্ষণিক অর্জন হলো, প্রায় এক মাইক্রোমিটার গুঁড়া থেকে সিন্টার করা চুম্বক পর্যন্ত বিস্তৃত একগুচ্ছ সমন্বিত মূল প্রক্রিয়াকরণ প্রযুক্তি। পরবর্তী ধাপ হিসেবে দলটি এসব প্রযুক্তি একত্র করে বড় পরিসরে উৎপাদনের কথা বলেছে, যাতে উপাদানটি কঠিন শিল্প সরঞ্জামে ব্যবহারের দিকে এগোতে পারে।

মূল বিষয়গুলো

• কেআইএমএস ২০২৬ সালের ২৩ অক্টোবর ডিসপ্রোসিয়াম বা টার্বিয়াম ছাড়া Nd-Fe-B চুম্বক তৈরির পদ্ধতি ঘোষণা করেছে।
• এ প্রক্রিয়ায় সরাসরি প্রায় এক মাইক্রোমিটার ব্যাসের উচ্চ বিশুদ্ধতার গুঁড়ার কণা সংশ্লেষণ করা হয়।
• নতুন প্রক্রিয়াগুলো জারণ, কণার বিন্যাস এবং লুব্রিক্যান্ট থেকে থেকে যাওয়া কার্বনের সমস্যা সমাধানে সহায়তা করে।
• গবেষণাটি দুটি জার্নালে প্রকাশিত হয়েছে এবং দলটি এ-সংশ্লিষ্ট নয়টি পেটেন্ট উদ্ভাবন করেছে।
• গাড়ি ও রোবটে প্রস্তাবিত ব্যবহারের জন্য আরও প্রক্রিয়া সমন্বয় ও ব্যাপক উৎপাদন নিয়ে কাজ করতে হবে।
• চুম্বকগুলোতে এখনো বিরল মৃত্তিকা মৌল নিওডিমিয়াম রয়েছে।
• সরবরাহ করা তথ্যে পরিমাপ করা কোয়েরসিভিটির মান বা কার্যকর তাপমাত্রায় পরীক্ষার ফল নেই।