В Сибирском физико-техническом институте Томского государственного университета исследуют особенности мартенситных превращений в магнитоуправляемых материалах с памятью формы при охлаждении и нагреве и под нагрузкой.

Данные будут использованы в устройствах с повышенной надежностью, к примеру, в магнитоуправляемых датчиках. Исследование станет отправной точкой и для создания магнитных холодильников — экологически чистых и более эффективных, чем нынешние. Проект поддержан Научным фондом ТГУ им. Д. И. Менделеева.

Предмет исследования сотрудников лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ — ферромагнитные сплавы с эффектом памяти на основе интерметаллидов, обогащенных никелем и алюминием. Они могут изменять и восстанавливать форму (максимум 10%) под действием магнитного поля, а не только температуры и механических напряжений, как никелид титана. Детали из ферромагнитного сплава способны изменять форму огромное количество циклов — десятки тысяч раз! — с малыми потерями энергии, что хорошо для практического применения.

Ферромагнетики очень перспективны для создания магнитоуправляемых датчиков, актуаторов (по-иному — исполнительное устройство: элемент системы автоматического управления, который воздействует на объект, изменяя поток энергии) и других устройств, используемых при строительстве космических аппаратов, самолетов, автомобилей и оборудования, где нужны материалы с высокой термостойкостью и износостойкостью.

«По новому гранту 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.

Мартенситное превращение стало причиной гибели экспедиции Роберта Скотта в 1912 году: она достигла Южного полюса, однако не смогла вернуться обратно. Среди снежной пустыни люди остались без горючего: 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.

Физики ТГУ проводят 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.

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.

Источники

Из чего можно сделать магнитный холодильник
Коммерсантъ (kommersant.ru/nauka), 06/08/2019

Похожие новости

  • 24/10/2016

    Лазер томских ученых может служить медикам и «оборонщикам»

    Ученые ФИТ ТГУ создали лазерную систему генератор-усилительна парах стронция с большим набором длин волн и возможностью их селективного выделения. Благодаря этому установка может найти применение в разных областях – от медицины до оборонно-промышленного комплекса.
    1190
  • 29/06/2018

    Как ученые ТПУ помогают искать жизнь во Вселенной

    ​Исследование межзвездной среды, поиск экзопланет, изучение Солнечной системы - все это происходит в основном в лабораториях, где обрабатываются данные с межпланетных космических станций или мощных телескопов.
    498
  • 09/11/2017

    В Томске предложили новый метод переработки ядерного топлива

    ​Ученые кафедры технической физики Томского политехнического университета (ТПУ) предложили новый метод переработки отработавшего ядерного топлива, который позволит не только снизить энергозатраты, но и поможет извлекать из отходов ценные и благородные металлы - палладий, родий и рутений.
    833
  • 21/06/2019

    Томские ученые создали новый сплав с памятью формы, который превзошел никелид титана

    ​Ученые лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ в рамках совместного гранта РНФ и Немецкого научно-исследовательского сообщества (DFG) разработали новый сплав с памятью формы. По функциональным характеристикам он превосходит никелид титана – лидера среди материалов, способных восстанавливать свою форму при нагреве после высоких внешних нагрузок.
    219
  • 14/02/2017

    Томский ученый Илья Романченко - о физике и разработках

    ​​​Томский физик Илья Романченко получил премию президента в области науки и инноваций для молодых ученых за 2016 год. В интервью РИА Томск он рассказал о том, как его работа может помочь в борьбе против раковых клеток и террористов, почему в физике недостаточно просто выучить формулы, а также на что он собирается потратить 2,5 миллиона рублей.
    3260
  • 27/04/2018

    Томские ученые нашли способ обработки циркониевой керамики

    ​Ученые из Томского политехнического университета нашли способ обработки циркониевой керамики, который сохраняет ее прочность. Об этом рассказал ведущий научный сотрудник Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Сергей Гынгазов.
    488
  • 31/07/2019

    Ученые создали первые отечественные синие светодиоды для дисплеев

    ​Физики Томского государственного университета (ТГУ) на основе дешевых материалов создали синие органические светоизлучающие диоды (OLED - organic light emitting diode), которые необходимы для создания дисплеев телефонов и телевизоров.
    138
  • 12/11/2018

    Промышленные отходы согреют Сибирь

    Химики из Томского политехнического института предложили использовать промышленные отходы, понемногу добавляя их к водоугольному топливу. Такие добавки помогут не только избавиться от отходов, но и улучшить характеристики топлива.
    347
  • 25/10/2016

    Томские ученые создадут первый в РФ томограф для изучения сложнейших объектов

    ​Ученые Томского политехнического университета выиграли конкурс Федеральной целевой программы "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы".
    1670
  • 31/05/2016

    До конца 2018 года ТПУ завершит создание Научного парка

    ​Первая очередь Научного парка, открытая к 120-летнему юбилею Национального исследовательского Томского политехнического университета (ТПУ) стала, вероятно, самым весомым и ценным подарком вуза университетской элите, студентам, аспирантам и всем тем, кто не мыслит себя сегодня вне науки.
    1776