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　　相信大家小時候都玩過磁鐵棒和馬蹄U型磁鐵，從前在自然科學實驗用過的磁鐵，其實在各產業中都有超乎想像的運用。

　　例如汽車產業中，每台汽車約使用100個馬達，每個馬達都需要「永久磁鐵」這種零件，而一台風力發電機更需要總重量一噸重的永久磁鐵，可以說永久磁鐵決定了馬達的優異性能。

　　永久磁鐵的優異性能，我們可以從電腦磁碟機中磁頭與磁鐵讀取的情形，稍微窺探得知。

　　磁碟機的磁頭在讀寫時，會移動到磁碟區，這就是「浮動磁頭」名稱的由來。此時磁碟的奈米磁鐵，可使磁頭浮在磁碟上方，兩者之間的距離，相當於一架747飛機在距離機場跑道1.5公釐（毫米）的高度飛行。

　　由此可見永久磁鐵的性能是多麼令人驚奇。在馬達產業中，馬達是否為高性能，能否製成超小型，關鍵也在裡面所使用的永久磁鐵——這就是目前產業界具有「最強磁鐵」之稱的「釹磁鐵」。

　　本書由國際公認磁鐵研究最先進的日本東北大學，揭露日本科技署國立元素戰略磁性材料研究部門中，日本產業最為重要的「永久磁鐵」、「電磁觸媒」、「電子材料」、「結構材料 」四大領域，其中「永久磁鐵」的重大研究。

　　日本獨立行政法人物質材料研究機構（NIMS），與東北大學、產業技術綜合研究所（AIST）、東京大學、大阪大學、京都大學、高能量加速器研究機構（KEK）、高輝度光科學研究中心（JASRI）、名古屋工業大學等機構攜手合作，匯集材料系、物理系、化學系等各路研究專家參與計劃，致力於次世代磁鐵開發基礎研究，以及培育次世代磁鐵研究的人才。

　　當前磁鐵研究的最新趨勢為，由於一般的釹磁鐵在超過200℃高溫下會失去磁性，也就是說，釹磁鐵不耐熱。因此必須搭配一種特殊元素——鏑，但這個稀土元素非常稀有，也就是說，性能優異磁鐵的開發，會受制於元素的資源。

　　因此當前磁鐵的研究主題為「不使用鏑等資源有限的元素，而想要以更常見的元素來取代，生產現在汽車產業馬達產業中所使用的磁鐵。」也就是所謂的「省鏑磁鐵」。

　　本書除了磁鐵的基礎，略過艱澀的概念，呈現簡單易懂的文字，書中彩色插圖解說磁性的科學基礎，並呈現世界最先進實驗室難得一見的電子顯影像照片，如原子探針、泰坦Titan的實際操作，從合金材料製作、加工開始，循序漸進，將令人驚豔的最尖端磁鐵研究，傳達給一般大眾認識。

名人推薦

　　東海大學應用物理系【磁電實驗室】副教授、台灣磁性協會永久磁鐵專家——張晃暐◎審定

　　釹鐵硼磁鐵發明人——佐川眞人
　　「我的釹磁鐵，從五里霧中發明出來。如今的研究解釋了其中許多奧秘。這是一本磁鐵的解謎書！」

　　日本科技署JSTCREST顧問、前日本化學會長——玉尾皓平
　　「不使用鏑的高性能磁鐵！元素戰略挑戰實現化！磁鐵研究第一人的基礎，完全揭開秘密，令人期待。」

作者簡介

寶野和博（ほうのかずひろ）

　　1982年日本東北大學工學部金屬材料學系畢業。1988年美國賓夕法尼亞州立大學研究所材料學專攻博士課程修畢。曾任美國卡內基美隆大學博士研究員、（以下日本）東北大學金屬材料研究所助理、日本科學技術廳金屬材料技術研究所主任研究官、研究室主任、獨立行政法人物質材料研究機構材料研究所監督員，2004年開始擔任物質材料研究機構的榮譽博士。後來兼任磁性．自旋電子學研究所長（磁性・スピントロニクス材料研究拠点長）、元素戰略磁性材料研究部門解析團隊領導人（元素戦略磁性材料研究拠点解析評価グループリーダー）、筑波大學研究所數理物質科學研究科教授。

審定者簡介

張晃暐  東海大學應用物理系 磁電實驗室 副教授

　　國立中正大學物理系博士，研究領域：磁性物理、奈米磁學、磁記錄媒體。為台灣磁性協會的永久磁鐵專家。

譯者簡介

衛宮紘

　　清華大學原子科學院學士班畢。現為自由譯者。譯作有《上司完全使用手冊》（東販）、《超慢跑入門》（商周）、《男人懂了這些更成功》（潮客風）、《世界第一簡單電力系統》（世茂）……等。賜教信箱：emiyahiro@hotmail.com.tw

序言

第0節課  序幕  產業新人磁鐵研習營，開課！

第1節課  縱觀磁鐵的開發史
1磁鐵的開發    
2 KS鋼接著是MK鋼！    
3 強而有力的稀土磁鐵    
4 釹磁鐵的誕生！    
5 磁鐵的研究發展？    

第2節課  學習磁鐵的基礎    
1 「磁場」是什麼？    
2 將磁鐵對半再對半……
3 保磁力、磁能積是什麼？
4 探索磁區與磁壁的世界！
5 釹在磁石中的功用
6 為什麼釹磁鐵需要釹、硼？
7 認識磁滯曲線
8 「相分離」在強磁體中之應用
9 利用相分離的稀土元素「優點取向」

第3節課 磁鐵的製造與應用    
1 燒結磁鐵的製造步驟    
2 液態急冷～熱加工的製造方法    
3 磁鐵的用途    
4 為什麼變壓器是使用軟磁性材料？    
5 馬達中的雙重磁鐵    

第4節課 磁性的運用    
1 4種磁性：鐵磁性、順磁性、反鐵磁性、亞鐵磁性    
2 HDD是磁鐵的集合體！    
3 不可思議的浮動磁頭    

第5節課 挑戰終極製造——釹磁鐵
1 釹磁鐵的製造有「隱藏成分」嗎？    
2 挑戰3微米障礙    
3 「液態急冷＋熱加工」兩階段方法    
4 原子探針分析保磁力    
5 成功發明「省鏑釹磁鐵」！    
6微磁學模擬軟體的探索

第6節課 磁鐵研發之道——進入原子級的領域
1 SEM和TEM的差異與使用方式    
2 用TEM觀測磁壁的移動    
3 FIB製造原始試片    

第7節課  進入釹磁鐵實驗室！    
1 參觀原子探針    
2 參觀FIB儀器    
3 用最強悍的泰坦TEM觀測原子    
4 實習液態急冷    
5 施加磁場的壓製機    
6 磁化裝置瞬間製造磁鐵    

尾聲 超越釹磁鐵的化合物

關於磁鐵的應用範圍，若想要一一找出來，會沒完沒了，但我想日本家電厲害之處就在於，將他國沒有使用的高性能磁鐵投入產品設計。例如，在美國，空調是使用便宜的鐵氧體磁鐵，產品體積不僅大，聲音也吵雜。日本的空調，令外國人最感到驚訝的地方是「體積小、靜音、節能」。這些特性都是來自於釹磁鐵的使用。
 
就「體積小、靜音」來說，洗衣機也有這樣的應用，帶來節能的效果。日本人一向理所應當認為，產品就是要靜音、小型化，因此磁鐵扮演著非常重要的角色。
 
過去有「輕薄短小」說法，而日本的強項就在於「小型、高性能」。例如，Sony生產Walkman隨身聽，如果收錄音機體積一直是大型的，不會有人想要帶出門聽音樂。Sony Walkman使用了當時最尖端的高性能磁鐵「釤鈷磁鐵（samarium-cobalt magnet）」，因而製造出來小型的隨身聽。小型且高性能的磁鐵「顛覆了產品的概念」。
 
人類最早開始製造人工磁鐵，是在1917年的時候，到現在經過約100年時間。
 
其實磁鐵最早是在西元前300年左右，在希臘的馬格尼西亞州（magnesia）偶然發現的。馬格尼西亞的地名「magnet」意思就是「磁鐵」，這種自然形成的磁鐵，稱為「天然磁鐵」。
 
最早製造人工磁鐵的是日本人，這種磁鐵稱為「KS鋼」，由日本東北大學本多光太郎（1870～1954年）在1917年發明。從「KS鋼」「鋼」字，可知使用鐵作為材料，也就是鐵鋼材料。證明了「鐵可以變成磁鐵」。
 
第一次世界大戰於1914年開戰，1917年時期的日本物資匱乏，想要繼續打仗，飛機、戰車、船、橋等必須有鋼鐵的自給自足。於是，1916年時，為了鋼鐵的研究，現在的日本東北大學（舊名東北帝國大學自然科大學）成立了臨時理化學研究所第2部門（以鋼鐵研究為中心）。
 
現在，日本東北大學金屬材料研究所（1922年設立），通稱「金研」，堪稱金屬和磁鐵的聖地。研究所設立時期，由於住友財團大量捐款，因此以當時住友財團領導人的名字，住友（＝S）吉左右衛門（＝K）命名為「KS鋼磁鐵」，算是報答資金援助的恩情。
 
本多光太郎被稱為「鋼鐵之父」，而就製造世界第一個人工磁鐵的意義來說，他也可以稱作「磁鐵之父」。現在日本對於金屬材料發展研究有所貢獻的人，會頒發「本多紀念獎」、「本多開拓者獎（Honda Frontier Award）」。另外，本多先生門下優異學生有村上武次郎、增本量、茅誠司等，人才輩出。

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