04.02.2009
На рисунке: Магнитный материал нагревается при намагничивании (b). Если его охладить и затем размагнитить (c), то его температура очень резко падает (d).
D. Liu, M. Yue, J. Zhang, T.M. McQueen, J.W. Lynn, X. Wang, Y. Chen, J. Li, R.J. Cava, X. Liu, Z. Altounian and Q. Huang. Origin and tuning of the magnetocaloric effect for the magnetic refrigerant MnFe(P1-xGex). Physical Review B. Vol. 79, 014435 (2009).
Ученые из NCNR-NIST (Center for Neutron Research - the National Institute of Standards and Technology) предлагают новый сплав для магнитного холодильника с использованием магнетокалорического эффекта – из марганца, железа, фосфора и германия.
Современные жужжащие холодильники, потребляющие большие порции электричества, скоро могут превратиться в компактные, не производящие шума и более экономичные холодильные камеры. Ученые разработали новый сплав для такого холодильника, в котором будет использовано магнитное охлаждение вместо газокомпрессионных систем современных холодильников и кондиционеров. В обычных холодильниках газ сжимается и нагревается, а при расширении его температура падает до значения, меньше первоначального.
Магнитные холодильники работают по другому принципу. Методы магнитного охлаждения используются в науке и промышленности не один десяток лет, но пока не нашли применения в быту в основном из-за технологических сложностей. Ученые считают, что им удастся преодолеть эти проблемы. При магнитном охлаждении используются магнетокалорические материалы, которые нагреваются под влиянием мощного магнитного поля. После того, как они начинают охлаждаться, излучая тепло, магнитное поле выключают, их температура резко падает. Этот эффект, с одной стороны, можно использовать в обычном холодильном цикле, и ученым удалось приблизиться почти к температуре абсолютного нуля. На потребительский рынок магнитным холодильникам мешает выйти тот факт, что в большинстве магнетокалорических составов, работающих при почти комнатной температуре, используется очень дорогой редкоземельный металл гадолиний и ядовитый мышьяк.
Обычные газокомпрессионные холодильники тоже не лишены недостатков. В них обычно используют гидрофтороуглероды (ГФУ), парниковые газы, которые влияют на изменение климата при попадании в атмосферу. Кроме того, довольно сложно внести какие-либо усовершенствования в обычную систему охлаждения. «Максимум эффективности газового цикла уже достигнут. Пора его заменить чем-то другим», - говорит Джефф Линн (Jeff Lynn) из NCNR.
Новый сплав состоит из марганца, железа, фосфора и германия. Это не только первый магнетокалорический состав, который работает почти при комнатной температуре и не содержит гадолиний и мышьяк (что делает его значительно дешевле и безопаснее). Кроме того он обладает такими ярко выраженными магнетокалорическими свойствами, что система, работающая на этом сплаве, соперничает по эффективности с газокомпрессионными установками.
Работая вместе с учеными из Пекинского технологического университета, Принстонского университета и Университета Мак Гилла, исследователи из NIST использовали метод нейтронной дифракции для изучения нового сплава. Они обнаружили, что под воздействием магнитного поля кристаллическая структура нового состава полностью изменяется, что объясняет его необычное поведение.
Разобравшись в том, как можно отрегулировать это изменение кристаллической структуры, мы сможем дальше увеличивать эффективность нашего сплава, уверены авторы открытия.
http://www.nist.gov/public_affairs/techbeat/tb2009_0127.htm#films
