|
Новый сплав перевернёт представление о холодильниках . Необычный состав, созданный специалистами из американского
Национального института стандартов и технологий (NIST) и Центра нейтронных исследований (Center for Neutron Research), однажды может
привести к появлению холодильных устройств, намного более экономичных, чем сегодняшние, при этом бесшумных и экологически безупречных.
Учёные давно пробуют принести в быт магнетокалорический эффект, задействованный до сих пор лишь в специфических промышленных процессах
и лабораторных опытах. Заключается он в том, что некоторые материалы при приложении внешнего магнитного поля существенно нагреваются.
Если затем дать им остыть за счёт сброса тепла в окружающую среду, а после этого — выключить поле, данные материалы резко снижают температуру.
Она становится намного ниже начальной точки.
В этой фазе они могут забрать тепло от охлаждаемого предмета и снова вернуться к средней температуре,
чтобы начать цикл заново. Повторение таких циклов способно привести к заметному охлаждению нужного объекта. И потенциально этот цикл может обладать
существенно лучшим КПД, чем газовый (испарение/конденсация), используемый в традиционных холодильниках.
Принцип работы холодильника на магнетокалорическом эффекте. Сиреневый цвет показывает приблизительно комнатную температуру магнетокалорического материала.
Красный и синий соответственно – его сильный нагрев и охлаждение по мере включения и выключения внешнего поля (иллюстрация Talbott, NIST ).
Проблема в том, что большинство магнетокалорических материалов, способных действовать при комнатной температуре, используют в своём составе чрезвычайно редкий и
дорогой металл гадолиний и/или ядовитый мышьяк. Потому физики не прекращают поиск новых "композиций" с желаемыми свойствами .
И если в прошлой подобной работе учёным
удалось получить магнетокалорический полимер (чей диапазон работы, правда, годится для охлаждения чипов, но не мяса в морозилке), то нынешние герои создали уникальный сплав. Это смесь марганца, железа, фосфора и германия, которая при определённой структуре демонстрировала мощный отклик на внешнее поле. Исследователи варьировали соотношение
ингредиентов и нашли, что наибольший магнетокалорический эффект достигается при составе Mn1,1Fe0,9(P0,8Ge0,2). Численно этот эффект (изменение энтропии) превосходил 74 Дж/кг*К,
что существенно больше прежних достижений . Данный состав — первый, показывающий столь экстремальный магнетокалорический эффект при комнатной температуре
(что и требуется для холодильников, к примеру), да к тому же — не использующий ни мышьяк, ни
гадолиний. Просвечивание состава нейтронным пучком показало, что в момент приложения
или выключения поля в образце происходит не только смена ферромагнитной и парамагнитной фазы, но и кардинальная смена кристаллической структуры, что может объяснять высокую эффективность состава.
При этом нейтронная рефракция также показала неравномерное распределение германия по образцу, что снижало эффект в целом. Потому при условии оптимизации материала и более равномерного его намагничивания от этой же самой смеси можно будет добиться и более 100 Дж/кг*K, убеждены исследователи, опубликовавшие свою статью в Physical Review B. Статья из интернет-журнала MEMBRANA
|
