Naukowcy odkrywają tajemnice nowoczesnego materiału do chłodzenia w technologii bezsprężarkowej.

WarsawZespół badaczy z Oak Ridge National Laboratory dokonał istotnego postępu w technologii chłodzenia. Przeanalizowali nowy materiał chłodzący na poziomie atomowym. Ten materiał może zwiększyć wydajność systemów chłodzenia w zastosowaniach takich jak przechowywanie żywności, motoryzacja i elektronika. Nowa metoda nie korzysta ze standardowych czynników chłodniczych ani z ruchomych części.

Naukowcy zbadali stop składający się z niklu, kobaltu, manganu i indu, który ma zdolność do zmiany kształtu, a następnie powrotu do swojej pierwotnej formy. Proces ten zachodzi, gdy temperatura wzrasta lub gdy zastosowane zostaje pole magnetyczne.

Oto kluczowe punkty dotyczące tego badania:

• Chłodzenie w stanie stałym to rozwijająca się technologia.
• Jest przyjazne dla środowiska i eliminuje konieczność używania tradycyjnych czynników chłodniczych.
• Badany materiał to stop pamięci kształtu o właściwościach magnetycznych.
• Badania przeprowadzono z wykorzystaniem instrumentów do rozpraszania neutronów.

Kiedy stop jest wystawiony na działanie pola magnetycznego, zmienia swoją fazę oraz pochłania i uwalnia ciepło. Jest to znane jako efekt magnetokaloryczny i stosowane do chłodzenia bez użycia ruchomych części. Zespół z ORNL odkrył, że zdolność chłodząca tego stopu jest trzykrotnie zwiększona dzięki ciepłu w lokalnych hybrydowych trybach magnonowo-fononowych.

Ten stop jest bliski stanowi nazywanemu szkło ferroiczne, co poprawia jego zdolność do magazynowania i uwalniania ciepła. W małych obszarach materiału oddziałują magony (fale spinowe) i fonony (drgania); te obszary nazywane są zlokalizowanymi hybrydowymi modami magnon-fonon. Naukowcy odkryli, że te mody zmieniają zachowanie fononów pod wpływem pola magnetycznego i wpływają również na stabilność fazową materiału.

Zobacz również:

Dzisiaj · 01:33

Czy magia dźwięku oczaruje osoby niewidome?

Materiały mogą ulegać nieuporządkowaniu na dwa sposoby: jako szkło spinowe i szkło deformacyjne (strain glass). W szkle spinowym momenty magnetyczne atomów są ustawione losowo, natomiast w szkle deformacyjnym sieć atomowa jest zdeformowana na poziomie nanometrowym. Te nieuporządkowane stany powodują uwięzienie ciepła w lokalnych stanach wibracyjnych. Zastosowanie pola magnetycznego może uwolnić zgromadzone ciepło.

Rozpraszanie neutronów pokazuje, że ciepło w określonych lokalnych modach magnonowo-fononowych zwiększa zdolność chłodniczą, wyjaśnił Michael Manley, lider badań w ORNL. To odkrycie może prowadzić do opracowania lepszych materiałów do chłodzenia w stanie stałym.

Badania te zostały sfinansowane przez Wydział Nauk Materiałowych i Inżynierii w Biurze Nauki Departamentu Energii. Część eksperymentów z użyciem rozpraszania neutronów przeprowadzono w Reaktorze Izotopów o Wysokim Strumieniu oraz w Źródle Neutronów Spalacyjnych w ORNL. Narodowy Instytut Standardów i Technologii również dostarczył neutronowe zaplecze badawcze.

Ten stop pamięci magnetycznej może skutecznie pochłaniać ciepło, co mogłoby umożliwić chłodzenie w stanie stałym bez konieczności stosowania tradycyjnych czynników chłodniczych lub mechanicznych części. Odkrycia zespołu stwarzają nowe możliwości dla ulepszania technologii chłodniczej.