Forskare utforskar atomdetaljer i nytt fast material för kylning i senaste studien

StockholmForskare vid Department of Energy’s Oak Ridge National Laboratory har gjort viktiga framsteg i förståelsen av hur värme rör sig i material på atomnivå. Denna upptäckt är viktig för att förbättra teknologier för fastkroppskylning, vilka kan användas inom många olika områden. Här är de viktigaste punkterna från forskningen:

Utforskade en magnetisk formminneslegering: nickel-kobolt-mangan-indium. Använde neutronstrålningsinstrument för analys. Fokuserade på materialets magnetokaloriska effekt. Avslöjade nya insikter om lokala hybrida magnon-fononlägen.

Traditionella kylsystem använder köldmedier och rörliga delar. Dessa system kan skada miljön och fungerar kanske inte effektivt. Fasttillståndskylning skiljer sig eftersom den använder speciella material för att absorbera och frigöra värme utan några rörliga delar eller skadliga vätskor. Denna nya metod kan fungera bättre och vara tystare.

Forskarteamet vid ORNL undersökte ett material bestående av nickel, kobolt, mangan och indium. Detta material kan vara användbart för solid-state-kylning eftersom det kan ändra form och sedan återgå till sin ursprungliga form genom en fasövergång. Denna fasövergång kan ske genom att värma upp materialet eller genom att applicera ett magnetfält. När denna övergång inträffar, absorberar och avger materialet värme, vilket kallas för den magnetokaloriska effekten.

En viktig upptäckt är påverkan av oordnade tillstånd i materialet, kända som ferroiska glasaktiga tillstånd. Dessa tillstånd liknar spinnglas- och stränglasfaser men är ännu mer oordnade. I spinnglasfasen är atomära magnetiska moment slumpmässigt orienterade. I stränglasfasen är den atomära strukturen oregelbundet deformerad. Dessa oordnade tillstånd är viktiga eftersom de kan förbättra materialets förmåga att lagra och avge värme.

Läs också:

Idag · 09:56

En ny era för organacceptans genom nanoteknik

Forskare använde neutron-spridningsmetoder för att noggrant undersöka den atomära strukturen. De upptäckte att i dessa blandade tillstånd interagerar spinnvågor och vibrationer i små områden. Dessa kombinerade spinnvågs-vibrationslägen påverkar materialets värmeegenskaper. Att applicera ett magnetfält påverkar dessa lägen avsevärt, vilket förändrar materialets stabilitet och värmebeteende.

ORNL:s Michael Manley förklarade att materialets kylförmåga är tre gånger bättre tack vare specifika värmeinteraktioner. Denna förbättring gör att materialet kan lagra mer värme och släppa ut det mer effektivt när det behövs.

Forskningen presenterar nya metoder för att förbättra kylmaterial. Genom att lära sig kontrollera dessa blandade lägen kan forskare skapa material som lagrar och frigör värme mer effektivt. Detta kan leda till bättre kylsystem för elektronik, fordon och andra vanliga användningsområden.

Denna studie finansierades av DOE:s Office of Science Materials Sciences and Engineering Division. Neutronspridningsexperimenten utfördes vid High Flux Isotope Reactor och Spallation Neutron Source vid ORNL. Även National Institute of Standards and Technology tillhandahöll forskningsfaciliteter.

Kylning med fasta material kan revolutionera hur vi kyler ner våra apparater och platser. Genom ytterligare forskning är målet att utveckla material som effektivt hanterar värme utan problemen som äldre metoder medfört.