Naukowcy badają atomowe szczegóły innowacyjnego materiału chłodzącego w formie stałej.

WarsawNaukowcy z Laboratorium Narodowego Oak Ridge przy Departamencie Energii poczynili znaczące postępy w analizie ruchu ciepła na poziomie atomowym w materiałach. To odkrycie jest kluczowe dla udoskonalania technologii chłodzenia w stanie stałym, które mają szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach. Oto najważniejsze wnioski z badań:

Badano stop żmagnetyczne z pamięcią kształtu: nikiel-kobalt-mangan-ind. Wykorzystano do analizy instrumenty do rozpraszania neutronów. Skupiono się na magnetokalorycznym efekcie materiału. Odkryto nowe wglądy w lokalne hybrydowe tryby magnon-fonon.

Tradycyjne systemy chłodzenia wykorzystują czynniki chłodnicze i ruchome części. Takie systemy mogą szkodzić środowisku i nie zawsze działają wydajnie. Chłodzenie w stanie stałym jest inne, ponieważ używa specjalnych materiałów do pochłaniania i oddawania ciepła bez ruchomych części czy szkodliwych płynów. Ta nowa metoda może działać lepiej i ciszej.

Zespół badawczy ORNL przeanalizował materiał składający się z niklu, kobaltu, manganu i indu. Materiał ten może być użyteczny w chłodzeniu w stanie stałym, ponieważ potrafi zmieniać kształt, a następnie wracać do swojej pierwotnej formy dzięki przejściu fazowemu. Przejście to może być wywołane poprzez ogrzewanie materiału lub zastosowanie pola magnetycznego. W trakcie tego procesu materiał pochłania i oddaje ciepło, co nazywane jest efektem magnetokalorycznym.

Kluczowym odkryciem jest wpływ nieuporządkowanych warunków w materiale, znanych jako szkliwiste stany ferroiczne. Te stany przypominają fazy szkliwa spinowego i szkliwa naprężeniowego, lecz są jeszcze bardziej nieuporządkowane. W fazie szkliwa spinowego momenty magnetyczne atomów są rozmieszczone przypadkowo. Natomiast w fazie szkliwa naprężeniowego sieć krystaliczna atomów jest nieregularnie zdeformowana. Te nieuporządkowane stany mają istotne znaczenie, ponieważ mogą poprawiać zdolności materiału do magazynowania i uwalniania ciepła.

Zobacz również:

Dzisiaj · 09:56

Nowatorska akceptacja organów: przełom w medycynie transplantacyjnej

Naukowcy zastosowali techniki rozpraszania neutronów do dokładnego zbadania struktury atomowej. Odkryli, że w tych chaotycznych stanach fale spinowe i wibracje oddziałują w małych obszarach. Te połączone tryby fal spinowych i wibracyjnych wpływają na właściwości cieplne materiału. Zastosowanie pola magnetycznego znacząco wpływa na te tryby, zmieniając stabilność materiału i jego zachowanie cieplne.

Michael Manley z ORNL wyjaśnił, że zdolność chłodzenia materiału jest trzykrotnie lepsza dzięki szczególnym interakcjom cieplnym. Ta poprawa umożliwia materiałowi skuteczniejsze magazynowanie ciepła i jego wydajniejsze uwalnianie, gdy jest to potrzebne.

Badania przedstawiają nowe metody doskonalenia materiałów chłodzących. Poprzez nauczenie się kontroli nad tymi mieszanymi trybami, naukowcy mogą tworzyć materiały, które efektywniej magazynują i uwalniają ciepło. Może to prowadzić do lepszych systemów chłodzenia dla elektroniki, pojazdów i innych powszechnych zastosowań.

Badania te zostały sfinansowane przez Departament Energii, w ramach wydziału nauk o materiałach i inżynierii. Eksperymenty z rozpraszaniem neutronów przeprowadzono w High Flux Isotope Reactor oraz Spallation Neutron Source w ORNL. Narodowy Instytut Standardów i Technologii również udostępnił swoje obiekty badawcze.

Chłodzenie w stanie stałym może zrewolucjonizować sposób chłodzenia naszych urządzeń i przestrzeni. Dzięki dalszym badaniom celem jest opracowanie materiałów, które efektywnie zarządzają ciepłem, bez problemów związanych z tradycyjnymi metodami.