آهنرباهای فریت، که به عنوان آهنرباهای سرامیکی نیز شناخته میشوند، به دلیل مقرون به صرفه بودن، مقاومت در برابر خوردگی و پایداری در دمای بالا، مدتهاست که سنگ بنای کاربردهای صنعتی و مصرفی بودهاند. این مواد سرامیکی متخلخل که عمدتاً از اکسید آهن (Fe₂O₃) همراه با ترکیبات استرانسیم (Sr) یا باریم (Ba) تشکیل شدهاند، تعادل منحصر به فردی از خواص مغناطیسی و فیزیکی را نشان میدهند که آنها را در حوزههای خاص ضروری میکند. در حالی که آهنرباهای خاکی کمیاب مانند نئودیمیوم (NdFeB) بر کاربردهای با کارایی بالا که نیاز به قدرت مغناطیسی شدید دارند، تسلط دارند، آهنرباهای فریت همچنان در سناریوهایی که دوام، قیمت مناسب و انعطافپذیری محیطی از اهمیت بالایی برخوردارند، رشد میکنند.
با پیشرفت فناوری در صنایع مختلف - از انرژیهای تجدیدپذیر و برقیسازی خودرو گرفته تا تولید هوشمند و نوآوری پزشکی - آهنرباهای فریت نقشهای جدیدی در حوزههای نوظهور پیدا میکنند. این مقاله به بررسی کاربردهای بالقوه آنها در هفت حوزه پیشرفته میپردازد: سیستمهای انرژی تجدیدپذیر، خودروهای الکتریکی و خودران، شبکههای هوشمند و انتقال برق بیسیم، دستگاههای پزشکی و بیوتکنولوژی، هوافضا و دفاع، لوازم الکترونیکی مصرفی و اینترنت اشیا و اصلاح محیط زیست. با تجزیه و تحلیل پیشرفتهای اخیر، روندهای بازار و چالشهای فنی، چگونگی تکامل آهنرباهای فریت را برای برآوردن نیازهای یک چشمانداز فناوری که به سرعت در حال تغییر است، آشکار میکنیم.
گذار جهانی به انرژیهای تجدیدپذیر، تقاضای بیسابقهای برای ژنراتورهای توربین بادی کارآمد و قابل اعتماد ایجاد کرده است. در حالی که آهنرباهای NdFeB به دلیل چگالی انرژی برترشان برای توربینهای فراساحلی با قدرت بالا ترجیح داده میشوند، آهنرباهای فریت در توربینهای ساحلی و متوسط که در آنها هزینه و پایداری دما بسیار مهم است، مورد توجه قرار گرفتهاند. پیشرفتهای اخیر در فناوری آهنربای فریت تایوانی، نمونهای از این روند است: محققان فرمولاسیونهای اختصاصی را توسعه دادهاند که پایداری مغناطیسی را در دماهای تا 300 درجه سانتیگراد حفظ میکنند - 40٪ بهبود نسبت به فریتهای معمولی. این پیشرفت، استفاده از آنها را در ژنراتورهای محرک مستقیم که در آب و هوای گرم کار میکنند، امکانپذیر میسازد و وابستگی به سیستمهای خنککننده گرانقیمت و مواد کمیاب را کاهش میدهد.
سرمایهگذاریهای صنعتی نیز این تغییر را بیشتر برجسته میکنند. تولیدکنندگان تایوانی ۴۲.۸ میلیون دلار برای ارتقاء فرآیندهای تولید آهنرباهای فریت با دمای بالا اختصاص دادهاند و کاربردهای آن را در توربینهای بادی و سیستمهای ردیابی خورشیدی هدف قرار دادهاند. به طور مشابه، گزارشهای بازار جهانی پیشبینی میکنند که بخش انرژیهای تجدیدپذیر تا سال ۲۰۳۰، ۱۲ درصد از تقاضای آهنربای فریت را به خود اختصاص خواهد داد که ناشی از بازارهای حساس به هزینه در آسیا و آفریقا است.
آهنرباهای فریت همچنین در سیستمهای ردیابی خورشیدی که جهتگیری پنل فتوولتائیک را برای به حداکثر رساندن جذب انرژی بهینه میکنند، جداییناپذیر هستند. این سیستمها به محرکهای سبک و مقاوم در برابر خوردگی نیاز دارند که قادر به تحمل شرایط بیرونی برای دههها باشند. موتورهای خطی و درایوهای دندهای مبتنی بر فریت در این نقش عالی هستند و جایگزینی مقرون به صرفه برای راهحلهای مبتنی بر NdFeB ارائه میدهند. به عنوان مثال، یک مطالعه در سال 2024 توسط موسسه فرانهوفر برای سیستمهای انرژی خورشیدی نشان داد که ردیابهای مبتنی بر فریت، هزینه انرژی تراز شده (LCOE) را در مقایسه با انواع خاکی کمیاب 8 درصد کاهش میدهند، که عمدتاً به دلیل هزینههای کمتر مواد و نگهداری است.
صنعت خودرو در حال تغییر اساسی به سمت الکتریکیسازی است و پیشبینی میشود فروش جهانی خودروهای برقی تا سال ۲۰۳۰ به ۴۰ میلیون دستگاه در سال برسد. در حالی که خودروهای برقی با عملکرد بالا برای موتورهای کششی به آهنرباهای NdFeB متکی هستند، آهنرباهای فریتی در سیستمهای کمکی و مدلهای حساس به هزینه، جایگاه ویژهای پیدا کردهاند. به عنوان مثال، نسل دوم سیستم انتقال قدرت Voltec جنرال موتورز از آهنرباهای فریتی در موتور کمکی ۵۵ کیلوواتی خود استفاده کرد تا وابستگی به عناصر کمیاب را تا ۷۰ درصد کاهش دهد. اگرچه این امر به حجم آهنربای ۳۰ درصد بزرگتر برای جبران چگالی شار کمتر نیاز داشت، اما این معامله با کاهش ۱۵ درصدی هزینه به ازای هر خودرو توجیه شد.
تحقیقات نوظهور با هدف کاهش این شکاف عملکردی انجام میشود. همکاری در سال ۲۰۲۵ و دانشگاه توکیو منجر به طراحی روتور هیبریدی فریت-SMC (کامپوزیت مغناطیسی نرم) شد که راندمان موتور را ۵٪ بهبود میبخشد و در عین حال پایداری دما را تا ۱۸۰ درجه سانتیگراد حفظ میکند. چنین نوآوریهایی میتواند آهنرباهای فریت را قادر سازد تا به بازار خودروهای برقی میان رده نفوذ کنند، جایی که رقابتپذیری هزینه به اندازه برد و شتاب بسیار مهم است.
وسایل نقلیه خودران (AV) برای پیمایش ایمن به مجموعهای از حسگرها - از جمله LiDAR، رادار و سیستمهای اولتراسونیک - وابسته هستند. آهنرباهای فریت نقشی آرام اما حیاتی در این فناوریها ایفا میکنند:
انتظار میرود بازار حسگرهای صوتی و تصویری تا سال ۲۰۳۰ با نرخ رشد مرکب سالانه ۲۲ درصد رشد کند و فرصتی ۱۲ میلیارد دلاری برای تأمینکنندگان آهنربای فریت ایجاد کند. بازیگران کلیدی مانند TDK و Hitachi Metals در حال حاضر در حال تولید انبوه قطعات فریت مینیاتوری برای سیستمهای LiDAR حالت جامد نسل بعدی هستند.
پیشبینی میشود بازار جهانی شبکه هوشمند تا سال ۲۰۳۰ به ۶۰۰ میلیارد دلار برسد که این امر ناشی از سرمایهگذاری در ادغام انرژیهای تجدیدپذیر، پاسخگویی به تقاضا و تابآوری شبکه است. آهنرباهای فریت از طریق کاربردهایی در موارد زیر، این تحول را ممکن میسازند:
یک پروژه آزمایشی در سال ۲۰۲۵ در آلمان نشان داد که CT های هسته فریت در مقایسه با هسته های فولادی چند لایه سنتی، خطاهای اندازه گیری را ۴۰ درصد کاهش می دهند و امکان پیش بینی دقیق تر بار و قیمت گذاری پویا را فراهم می کنند.
بازار انتقال توان بیسیم (WPT) به سرعت در حال گسترش است و کاربردهای آن از پدهای شارژ گوشیهای هوشمند گرفته تا خطوط شارژ پویای خودروهای برقی (EV) را شامل میشود. آهنرباهای فریت به دلیل نفوذپذیری مغناطیسی بالا و رسانایی الکتریکی پایین، که تلفات جریان گردابی را به حداقل میرسانند، برای کارایی WPT بسیار مهم هستند. پیشرفتهای کلیدی عبارتند از:
پیشبینی میشود بازار جهانی WPT تا سال ۲۰۳۰ با نرخ رشد مرکب سالانه ۱۹ درصد رشد کند و آهنرباهای فریت به دلیل مزایای هزینه و عملکرد در کاربردهای توان متوسط، ۳۵ درصد از درآمد این قطعات را به خود اختصاص دهند.
دستگاههای MRI برای تولید میدانهای استاتیک قوی مورد نیاز برای تصویربرداری به آهنرباهای ابررسانا متکی هستند، اما آهنرباهای فریت نقش پشتیبانیکنندهای در موارد زیر دارند:
یک مطالعه در سال ۲۰۲۴ توسط Siemens Healthineers نشان داد که ادغام هستههای فریت در سیستمهای MRI سهتایی، مصرف هلیوم را ۲۰٪ کاهش میدهد - یک مزیت حیاتی با توجه به کمبود و هزینه هلیوم مایع.
آهنرباهای فریت، پیشرفتهایی را در دارورسانی هدفمند ایجاد میکنند، جایی که نانوذرات مغناطیسی، داروها را به بافتهای خاص هدایت میکنند. نوآوریهای کلیدی عبارتند از:
پیشبینی میشود بازار جهانی دارورسانی مغناطیسی تا سال ۲۰۲۸ به ۲.۸ میلیارد دلار برسد که سیستمهای مبتنی بر فریت به دلیل زیستسازگاری و خواص مغناطیسی قابل تنظیم، ۶۰ درصد از درآمد آن را تشکیل میدهند.
صنعت هوافضا در حال بررسی نیروی محرکه الکتریکی برای وسایل نقلیه هوایی شهری (UAM) و جتهای منطقهای است و تقاضا برای آهنرباهای سبک و با دمای بالا را ایجاد میکند. آهنرباهای فریت به عنوان یک گزینه مناسب برای موارد زیر در حال ظهور هستند:
همکاری سال ۲۰۲۵ بین ایرباس و شرکت فلزات ویژه سومیتومو منجر به تولید نوعی آهنربای فریتی با ۲۰٪ انرژی بیشتر شد که امکان استفاده از آن را در موتورهای کششی ۱ مگاواتی نمونه اولیه CityAirbus NextGen eVTOL ایرباس فراهم میکند.
آهنرباهای فریت به دلیل مقاومت در برابر تابش و عدم انتشار گاز در محیطهای خلاء، برای زیرسیستمهای ماهوارهای بسیار مهم هستند:
پیشبینی میشود بازار جهانی آهنربای ماهواره تا سال ۲۰۳۰ با نرخ رشد مرکب سالانه ۹ درصد رشد کند و آهنرباهای فریتی به دلیل مزایای هزینه و قابلیت اطمینان در منظومههای ماهوارهای مدار پایین زمین (LEO)، ۴۵ درصد از درآمد را به خود اختصاص دهند.
بازار پوشیدنیها رونق زیادی دارد و پیشبینی میشود که تا سال ۲۰۲۸، حجم محمولههای آن سالانه به ۱.۵ میلیارد دستگاه برسد. آهنرباهای فریت از طریق موارد زیر این رشد را ممکن میسازند:
کالبدشکافی ایرپادز پرو اپل در سال ۲۰۲۵ نشان داد که آهنرباهای فریت در مقایسه با مدلهای قبلی که از آهنرباهای NdFeB استفاده میکردند، به دلیل تلفات جریان گردابی کمتر در فرکانسهای بالا، زمان شارژ را ۳۰ درصد کاهش میدهند.
آهنرباهای فریت با فعال کردن محرکهای جمعوجور و کممصرف، دستگاههای خانه هوشمند را متحول میکنند:
پیشبینی میشود بازار جهانی خانههای هوشمند تا سال ۲۰۳۰ با نرخ رشد مرکب سالانه ۱۲ درصد رشد کند و آهنرباهای فریت به دلیل مزایای هزینه و کارایی در محصولات مصرفی با حجم بالا، ۲۵ درصد از درآمد محرکها را به خود اختصاص دهند.
آهنرباهای فریت نقش مهمی در تصفیه آب ایفا میکنند، از جمله:
یک پروژه آزمایشی در سال ۲۰۲۴ در هند نشان داد که جداکنندههای مبتنی بر فریت در مقایسه با فیلترهای کربن فعال، هزینههای تصفیه را ۴۰ درصد کاهش میدهند و این امر آنها را برای تصفیهخانههای آب روستایی مناسب میسازد.
آهنرباهای فریت همچنین فناوریهای تصفیه هوا را بهبود میبخشند:
پیشبینی میشود بازار جهانی تصفیه هوا تا سال ۲۰۳۰ به ۷۰ میلیارد دلار برسد و سیستمهای مبتنی بر فریت به دلیل دوام و نیاز کم به نگهداری، ۱۵ درصد از درآمد را به خود اختصاص دهند.
علیرغم وعدههای داده شده، آهنرباهای فریت در کاربردهای نوظهور با چالشهای متعددی روبرو هستند:
با نگاهی به آینده، سه روند، آینده آهنرباهای فریت را شکل خواهند داد:
آهنرباهای فریت که زمانی مادهای «میراثدار» محسوب میشدند، در حال تجربه یک رنسانس ناشی از نوآوریهای تکنولوژیکی و الزامات پایداری هستند. از سیستمهای انرژی تجدیدپذیر و وسایل نقلیه الکتریکی گرفته تا دستگاههای پزشکی و اصلاح محیط زیست، ترکیب منحصر به فرد آنها از نظر قیمت، دوام و انعطافپذیری محیطی، آنها را در زمینههای نوظهور ضروری میکند. در حالی که چالشها همچنان پابرجا هستند، تحقیقات مداوم در علم مواد، تولید و ادغام سیستمها، امکانات جدیدی را آشکار میکند و تضمین میکند که آهنرباهای فریت همچنان به نوآوریهای فردا نیرو خواهند بخشید. از آنجایی که صنایع، راهحلهای مقرون به صرفه و مقیاسپذیر را برای آیندهای بدون کربن در اولویت قرار میدهند، این آهنرباهای سرامیکی بیتکلف ثابت میکنند که گاهی اوقات، قدیمیترین فناوریها کلید مرزهای بعدی هستند.