​Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ исследуют особенности мартенситных превращений в магнитоуправляемых материалах с памятью формы при охлаждении/нагреве и под нагрузкой.

Полученные данные будут использованы для разработки новых устройств с повышенной надежностью, к примеру, магнитоуправляемых датчиков и актуаторов. Помимо этого новые данные могут послужить отправной точкой для создания магнитных холодильников, которые будут экологичнее и эффективнее существующей техники. Проект реализуется при поддержке Научного фонда ТГУ им. Д.И. Менделеева.

Предмет исследования физиков — ферромагнитные сплавы с эффектом памяти на основе интерметаллидов, обогащенных никелем и алюминием. Их особенность заключается в том, что они могут изменять и восстанавливать форму до 10 % под действием магнитного поля, а не только температуры и механических напряжений, как это происходит с никелидом титана. Детали из такого сплава способны изменять форму огромное количество циклов — десятки тысяч раз — с малыми потерями энергии, что хорошо для практического применения.

Например, ферромагнетики очень перспективны для создания магнитоуправляемых датчиков, актуаторов и других устройств, используемых при строительстве космических аппаратов, самолетов, автомобилей и оборудования, для которого необходимы материалы с высокой термостойкостью и износостойкостью.

В рамках нового гранта мы исследуем температурные интервалы проявления мартенситных превращений в ферромагнетиках. При таких фазовых превращениях в материале происходят изменения структуры и наблюдается деформация, — объясняет ведущий научный сотрудник СФТИ Елена Панченко. — Исследования будут проводиться в широком температурном интервале — от минусовой температуры жидкого азота (−195,75°C) до +300°C.

Чтобы выяснить, как происходит мартенситное превращение под нагрузкой, сначала сплав будут нагружать и разгружать в различных температурных условиях (от -70°C до +300°С). Это позволит выяснить предел внешних условий (температуру, механические напряжения), после которого материал начинает терять свои функциональные свойства. Изучение механических свойств и структуры ферромагнитных сплавов поможет задавать им необходимые функциональные характеристики, исходя из целей, поставленных промышленностью.

Уникальность научных изысканий физиков ТГУ заключается в том, что они проводят свои исследования не только на поликристаллах, но и на монокристаллах сплавов с непрерывной кристаллической решеткой. Наличие такой структуры обеспечивает повышенную прочность и защищает материал от разрушения в процессе испытаний. Физики СФТИ ТГУ единственные в России и одни из немногих в мире научились изготавливать монокристаллы крупных размеров. Технология их выращивания создана и запатентована руководителем лаборатории Юрием Чумляковым.

Добавим, что результаты исследования ученых СФТИ могут стать отправной точкой для создания принципиально новой бытовой техники. Для этого будет использоваться способность ферромагнетиков изменять температуру под воздействием магнитного поля в результате обратимого выделения или поглощения тепла, так называемый магнитокалорический эффект. Уже сегодня его применяют в холодильных установках и тепловых машинах.

В обозримом будущем он станет основой для создания магнитных холодильников, которые будут гораздо эффективнее, экологичнее и безопаснее, нежели компрессионные, в которых используется фреон.

Интересный факт: 

Незнание такого физического явления, как мартенситное превращение, не раз приводило к гибели людей. Один из исторических фактов связан с гибелью экспедиции Роберта Скотта в 1912 г., которая достигла Южного полюса, однако не смогла вернуться обратно. Среди снежной пустыни люди остались без горючего, поскольку керосин вытек из разрушившихся по неизвестной причине баков, которые были пропаяны оловом. Долгое время ученые не могли объяснить столь странное поведение металла, и только в 1940-е годы выяснилось, что причина кроется в изменении кристаллической структуры олова под действием низких температур.

Александр Митрошенков

Похожие новости

  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    272
  • 13/08/2018

    Томские ученые знают, как «захватить» наномир

    ​Пока мировое сообщество пытается узнать, что таят в себе морские глубины необъятного Мирового океана и бесконечное космическое пространство, зарубежные ученые Томского политехнического университета — профессора Рауль Родригес и Евгения Сергеевна Шеремет — пытаются «захватить» наномир и контролировать отдельные молекулы.
    672
  • 12/10/2016

    Томские ученые испытывают новые стекла для космических спутников

    ​Сотрудники НИИ ПММ ТГУ проводят испытания покрытий, созданных для защиты иллюминаторов, линз и зеркал космических аппаратов от эрозии. При помощи легкогазовой баллистической установки экспериментальные образцы обстреливают микрочастицами порошка железа со скоростью 5-8 километров в секунду.
    2140
  • 11/04/2017

    Томские ученые в ЦЕРНе сузили зону поиска частицы-посредника между видимой и невидимой Вселенной

    ​Ученым Физико-технического института Томского политехнического университета и их коллегам из Европейского центра ядерных исследований (ЦЕРН) за год удалось примерно на 25% сузить зону поиска темного фотона — частицы-посредника между видимым миром и темной материей — невидимой частью нашей Вселенной, влияющей на движение звезд и галактик.
    1352
  • 14/12/2017

    Томские ученые создадут центр анализа данных адронного коллайдера

    ​Ученые Томского государственного университета получат грант, предназначенный для создания центра мирового класса по анализу данных Большого адронного коллайдера. Ожидается, что томские ученые создадут кластер для анализа данных на базе суперкомпьютера СКИФ Cyberia.
    763
  • 11/10/2016

    Алмазы, выращиваемые в ТПУ, могут быть использованы для Большого адронного коллайдера

    ​Ученые лондонского университета Роял Холлоуэй (Royal Holloway, University of London, RHUL) предложили разработать новые датчики для Большого адронного коллайдера на основе тонких алмазных пленок, выращиваемых в Томском политехническом университете.
    1921
  • 19/08/2016

    В МИСиС разработали супермагнит для реализации проектов в Арктике и в космосе

    ​Ученые Национального технологического исследовательского университета МИСиС разработал супермагнит, который сохраняет свои свойства при экстремальных условиях и может использоваться, как в Арктике, так и в космосе.
    1326
  • 12/02/2019

    Томский радиофизик создает прибор для ориентации слабовидящих в пространстве

    ​Радиофизик из ТГУ Виталий Хмелев разрабатывает устройство, которое поможет слабовидящим людям ориентироваться в пространстве. К 2021 году он создаст программно-аппаратный комплекс, который будет подавать человеку сигналы о расстоянии до препятствия и его размере.
    469
  • 25/10/2016

    Томский аспирант улучшит диагностику мощнейшего в мире синхротрона

    ​Аспирант Физико-технического института Томского политеха Артем Новокшонов вместе с учеными Научной Лаборатории DESY (Германия) работает над улучшением и тестированием новых методик диагностики электронного пучка синхротрона PETRA III - одного из мощнейших источников синхротронного и рентгеновского излучения в мире.
    1648
  • 05/03/2018

    ​Ученые ТГУ создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул

    ​Ученые кафедры оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ с коллегами из Швеции и Финляндии создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул. Благодаря этому алгоритму можно вычислять оптические, люминесцентные (светимость, квантовый выход флуоресценции) свойства молекул и веществ с использованием высокоточных методов квантовой химии.
    1066