Een neodymiummagneet (ook bekend als NdFeB, NIB of Neo-magneet), het meest gebruikte type zeldzame-aarde-magneet, is een permanente magneet gemaakt van een legering van neodymium, ijzer en boor om de Nd2Fe14B-tetragonale kristallijne structuur te vormen. Ontwikkeld onafhankelijk in 1982 door General Motors en Sumitomo Special Metals, neodymium magneten zijn het sterkste type van permanente magneet commercieel verkrijgbaar. Ze hebben andere soorten magneten in veel toepassingen vervangen in moderne producten waarvoor sterke permanente magneten nodig zijn, zoals motoren in draadloze gereedschappen, harde schijven en magnetische sluitingen.
Neodymium is een metaal dat ferromagnetisch is (meer in het bijzonder vertoont het antiferromagnetische eigenschappen), wat betekent dat het net als ijzer kan worden gemagnetiseerd om een magneet te worden, maar zijn Curie-temperatuur (de temperatuur waarboven het ferromagnetisme verdwijnt) is 19 K (-254 ° C ), dus in pure vorm verschijnt het magnetisme alleen bij extreem lage temperaturen. Verbindingen van neodymium met overgangsmetalen zoals ijzer kunnen echter Curietemperaturen ruim boven kamertemperatuur hebben en deze worden gebruikt om neodymiummagneten te maken.
De sterkte van neodymiummagneten is te wijten aan verschillende factoren. Het belangrijkste is dat de tetragonale Nd2 Fe 14 B kristalstructuur uitzonderlijk hoge uniaxiale magnetokristallijne anisotropie heeft ( H A ~ 7 T - magnetische veldsterkte H in eenheden van A / m versus magnetisch moment in A · m 2 ). Dit betekent dat een kristal van het materiaal bij voorkeur magnetiseert langs een specifieke kristalas maar zeer moeilijk te magnetiseren is in andere richtingen. Net als andere magneten is de neodymium magneetlegering samengesteld uit microkristallijne korrels die tijdens de fabricage in een krachtig magnetisch veld zijn uitgelijnd, zodat hun magnetische assen allemaal in dezelfde richting wijzen. De weerstand van het kristalrooster tot het draaien van zijn richting van magnetisatie geeft de verbinding een zeer hoge coërcitiviteit of weerstand tegen gedemagnetiseerd te zijn.
Het neodymiumatoom kan ook een groot magnetisch dipoolmoment hebben omdat het 4 ongepaarde elektronen in zijn elektronenstructuur heeft, in tegenstelling tot (gemiddeld) 3 in ijzer. In een magneet zijn het de ongepaarde elektronen, uitgelijnd zodat ze in dezelfde richting draaien, wat het magnetische veld genereert. Dit geeft de Nd2Fe14B-verbinding een hoge verzadigingsmagnetisatie ( Js ~ 1,6 T of 16 kG) en kenmerkend 1,3 tesla. Omdat de maximale energiedichtheid evenredig is met Js 2 , kan deze magnetische fase dus grote hoeveelheden magnetische energie opslaan ( BH max - 512 kJ / m 3 of 64 MG · Oe). Deze magnetische energiewaarde is ongeveer 18 keer groter dan "gewone" magneten per volume. Deze eigenschap is hoger in NdFeB-legeringen dan in samarium-kobalt (SmCo) -magneten, die het eerste type zeldzame-aarde-magneet waren dat in de handel werd gebracht. In de praktijk zijn de magnetische eigenschappen van neodymiummagneten afhankelijk van de samenstelling van de legering, de microstructuur en de toegepaste fabricagetechniek.
De Nd2Fe14B kristalstructuur kan worden beschreven als alternerende lagen van ijzeratomen en een neodymium-boriumverbinding. De diamagnetische booratomen dragen niet direct bij aan het magnetisme, maar verbeteren de cohesie door sterke covalente binding. Het relatief lage gehalte aan zeldzame aardmetalen (12% op volumebasis) en de relatieve hoeveelheid neodymium en ijzer in vergelijking met samarium en kobalt maakt neodymiummagneten lager in prijs dan samarium-kobaltmagneten.