• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Magnesy kluczem do energooszczędnych produktów AGD nowej generacji

    19.05.2009. 15:11
    opublikowane przez: Maksymilian Gajda

    Energochłonne lodówki i systemy klimatyzacyjne mogą odejść do lamusa dzięki "magnetycznym" badaniom naukowym prowadzonym przez naukowców z brytyjskiego Imperial College w Londynie we współpracy z kolegami z Uniwersytetu Stanowego Iowa, USA. Magnetyczna technologia chłodnicza może być zapowiedzią nowej epoki przyjaznych środowisku lodówek i systemów klimatyzacyjnych, redukując nawet o 30% potężne ilości energii, jakie obecnie zużywają te urządzenia. Wyniki badań opublikowano w czasopiśmie Advanced Materials.

    Idea magnetycznych systemów chłodniczych jest prosta. Kiedy materiały magnetyczne, np. stopy metalu, znajdą się pod wpływem pola magnetycznego, wytwarzane jest ciepło. Następnie materiał chłodzony jest wodą, dzięki której powraca do swojej pierwotnej temperatury. Temperatura materiału spada jeszcze bardziej, kiedy oddziaływanie pola magnetycznego ustaje zupełnie. To właśnie potencjał tej właściwości chłodniczej chcą wykorzystać naukowcy, którzy są przekonani, że mogłaby ona znaleźć zastosowanie w różnych produktach.

    W sumie naukowcy udowodnili już, że technologia działa, ale aby ją wyprowadzić z laboratorium i wdrożyć w zastosowaniach domowych, nadal potrzebny jest odpowiedni materiał. Materiał taki musi cechować się wysoką wydajnością w normalnych temperaturach pokojowych oraz sprawdzać się w codziennych zastosowaniach. Poza tym jego wydajność nie może spadać w wyniku wielokrotnego procesu chłodzenia.

    Magnetyczne pole chłodnicze nie jest pomysłem nowym. Autorzy artykułu wspominają, że pierwsze pomysły na nie pojawiły się w latach 20. ubiegłego stulecia, lecz dopiero ostatnia dekada była okresem odrodzenia się zainteresowania tą dziedziną, dzięki odkryciu silnego efektu magnetokalorycznego (tj. ogrzewanie się materiałów magnetycznych, kiedy znajdują się w obrębie pola magnetycznego i ich ochładzanie się po usunięciu pola) w grupie materiałów znanych jako metamagnesy. Jak czytamy w sprawozdaniu z badań, są to "związki ulegające przemianie pierwszego stopnia do stanu magnetycznie uporządkowanego, któremu często towarzyszy przekształcenie się struktury krystalicznej".

    W trakcie badań prowadzonych przez zespół z Imperial College w Londynie wykazano, że mikrostruktura różnych stopów (czyli ułożenie kryształów wewnątrz stopów) ma bezpośredni wpływ na wydajność magnetycznej lodówki. Odkrycie to może teraz pomóc zespołowi stworzyć taki materiał, który najlepiej się sprawdzi w nowym systemie.

    W przeciwieństwie do głównego nurtu badań prowadzonych nad magnetycznym chłodzeniem na całym świecie, zespół z Imperial [College] mniej koncentrował się na analizowaniu i testowaniu dużych próbek materiałów, a bardziej na "zrozumieniu mikrostruktury tych materiałów i ich reakcji na pole magnetyczne na poziomie mikroskopowym" - mówi profesor Lesley Cohen z Imperial College w Londynie.

    "Stwierdziliśmy, że struktura krystaliczna w poszczególnych metalach bezpośrednio wpływa na to, jak bardzo się one rozgrzewają i ochładzają, kiedy znajdą się w polu magnetycznym, a następnie zostaną z niego usunięte" - wyjaśnia pani profesor.

    "Jest to ekscytujące odkrycie, ponieważ oznacza, że pewnego dnia być może uda nam się zbudować materiał na zamówienie, od podstaw zaczynając od jego mikrostruktury, który spełni wszystkie wymogi stawiane przez system lodówki magnetycznej. Ma to zasadnicze znaczenie, ponieważ znalezienie energooszczędnej alternatywy dla lodówek i systemów klimatyzacji w naszych domach i zakładach pracy jest niezbędne, by ograniczyć emisje dwutlenku węgla i opanować zmianę klimatu."

    Źródło: CORDIS

    Więcej informacji:

    Imperial College London:
    http://www.imperial.ac.uk/

    Advanced Materials:
    http://www3.interscience.wiley.com/journal/10008336/home

    Źródło danych: Imperial College London
    Referencje dokumentu: Moore, J, et al. (2009) 'Metamagnetism seeded by nanostructural features of single crystalline Gd5Si2Ge2', Advanced Materials, published online 14 May 2009. DOI: 10.1002/adma.200900093.

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Imperial College London (właśc. The Imperial College of Science, Technology and Medicine) jest publicznym uniwersytetem położonym w Londynie. Specjalizuje się w badaniach oraz kształceniu w dziedzinie nauki, inżynierii oraz medycyny. Imperial College był częścią Uniwersytetu Londyńskiego do roku 2007, kiedy to uzyskał pełną niezależność, z okazji stulecia swego istnienia. Na Imperial College kształci się około 13 500 studentów, a kadra akademicka liczy ponad 3300 osób. Tom W.B. Kibble, właśc. Tom Walter Bannerman Kibble – brytyjski fizyk-teoretyk, profesor i pracownik badawczy (senior) Imperial College London. Magnetowód lub obwód magnetyczny – rdzeń wykonany z materiału ferromagnetycznego używany do kształtowania pola magnetycznego. Linie pola magnetycznego tworzą zamknięte pętle wewnątrz magnetowodu. Składa się z odpowiednio ukształtowanych materiałów (środowisk) przez które zamyka się strumień magnetyczny oraz z uzwojeń, w których płynie prąd niezbędny do wytworzenia pola magnetycznego. Rozróżnia się obwody magnetyczne nierozgałęzione (proste) oraz rozgałęzione.

    Wydajność procesu technologicznego – stosunek ilości produktu, który jest otrzymywany w jednostce czasu w konkretnych warunkach technologicznych, do ilości, która teoretycznie może być otrzymana w tym czasie. Jedną z miar wydajności procesu jest też materiałochłonność (wydajność materiałowa): Magnetyzacja (namagnesowanie) jest właściwością materiałów (m.in. magnesów), która opisuje pole magnetyczne wytwarzane przez materiał. Przez magnetyzację rozumie się także wielkość fizyczną określającą wytwarzane przez materiał pole magnetyczne, definiuje się ją przez określenie momentów magnetycznych wytworzonych w jednostce objętości. Głównymi składnikami magnetyzacji są orbitalne i spinowe momenty magnetyczne elektronów.

    Nanomateriały – wszelkie materiały, w których występują regularne struktury na poziomie molekularnym, tj. nie przekraczającej 100 nanometrów. Granica ta może dotyczyć wielkości domen jako podstawowej jednostki mikrostruktury, czy grubości warstw wytworzonych lub nałożonych na podłożu. W praktyce granica poniżej której mówi się o nanomateriałach jest różna dla materiałów o różnych właściwościach użytkowych i na ogół wiąże się to z pojawieniem szczególnych właściwości po jej przekroczeniu. Zmniejszając rozmiar uporządkowanych struktur materiałów można uzyskać znacznie lepsze właściwości fizyko-chemiczne, mechaniczne, itp. Nazwą magnetyzm określa się zespół zjawisk fizycznych związanych z polem magnetycznym, które może być wytwarzane zarówno przez prąd elektryczny jak i przez materiały magnetyczne.

    Stopy z pamięcią kształtu – materiały inteligentne, w których zachodzi odwracalna, termosprężysta przemiana martenzytyczna lub zmiana orientacji krystalicznej martenzytu pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. David John Nutt (ur. 16 kwietnia 1951) - brytyjski psychiatra i psychofarmakolog, profesor w Imperial College London. Pracował w różnych ciałach doradczych związanych z lekami. W swoich badaniach zajmuje się tematyką uzależnień, lęku i snu.

    Mechanosynteza - rodzaj technologii otrzymywania materiału w procesie mechanicznym. Proces ten polega na ciągłym poddawaniu materiału mechanicznym oddziaływaniom, w wyniku których w materiale następują zmiany struktury krystalicznej bądź mikrostruktury poprzez dostarczaną energię mechaniczną. Proces ten przeprowadzany jest w młynach kulowych, dlatego zamiennie używana jest nazwa "ball-milling" (ang. mielenie kulowe). W trakcie procesu mechanosyntezy materiał jest poddawany zimnemu stopowaniu, łamaniu ziaren, zdzieraniu powierzchni i ponownym ich łączeniu. Do końca dwudziestego wieku była używana do syntezy materiałów metalicznych.

    David Knox Houston Begg (ur. 25 czerwca 1950 w Salisbury, Wiltshire) – brytyjski ekonomista. Autor raportów, książek i podręczników ekonomicznych na temat polityki ekonomicznej krajów Unii Europejskiej a także makroekonomii i mikroekonomii, profesor ekonomii w Birkbeck College w Londynie (1987–2003) oraz dyrektor Imperial College London Business School.

    Badania materiałowe – interdyscyplinarny obszar badań naukowo-technicznych, w którym jest prowadzona analiza wpływu chemicznej i fizycznej struktury materiałów na ich właściwości elektryczne, mechaniczne, optyczne, powierzchniowe, chemiczne, magnetyczne i termiczne (także rozmaite kombinacje tych właściwości) oraz są opracowywane sposoby wytwarzania materiałów o pożądanych właściwościach. Liga IDEA – wspólne przedsięwzięcie Imperial College London, Technische Universiteit Delft, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen i ParisTech, którego zadaniem jest działanie na rzecz tworzenia międzynarodowych standardów w edukacji i nauce.

    Badania materiałowe – interdyscyplinarny obszar badań naukowo-technicznych, w którym jest prowadzona analiza wpływu chemicznej i fizycznej struktury materiałów na ich właściwości elektryczne, mechaniczne, optyczne, powierzchniowe, chemiczne, magnetyczne i termiczne (także rozmaite kombinacje tych właściwości) oraz są opracowywane sposoby wytwarzania materiałów o pożądanych właściwościach.

    Dodano: 19.05.2009. 15:11  


    Najnowsze