Комплексное исследование эксплуатационных характеристик одного из самых перспективных материалов, применяемых в технологии магнитного охлаждения (сплавы системы La (Fe, Si)₁₃), с определением оптимальных значений теплофизических, магнитных и прочностных свойств данного материала выполнили физики МГУ с коллегами, 1 августа сообщает пресс-служба МГУ.

Исследование ставило своей целью обеспечение возможности использования этих мультистимулирующих материалов в цикле магнитного охлаждения при одновременном воздействии температуры, магнитного поля и внешнего давления, что является многообещающим подходом к увеличению охлаждающей способности магнитных холодильников.

Результаты исследования ученые представили в статье «Корректировка эксплуатационных характеристик соединений La (Fe, Si)₁₃ и их гидридов для применения в мультистимулированном цикле охлаждения», опубликованной в Journal of Alloys and Compounds.

Младший научный сотрудник кафедры магнетизма физфака МГУ Алексей Комлев рассказал о задачах, которые решало данное исследование:

«Практическая реализация циклов магнитного охлаждения, использующих материалы, которые обладают одновременным откликом на несколько внешних воздействий, позволит не только расширить диапазон рабочих температур магнитных рефрижераторов за счет смещения точки Кюри рабочего тела под действием поля и давления, но и позволит увеличить холодильную мощность данных устройств».

Такое увеличение холодильной мощности стало возможным за счет эффективного использования межполюсного объема магнитной системы в разрабатываемых тепловых насосах, которое обеспечивает работу хладагента при пиковых значениях магнитокалорического эффекта в широком диапазоне рабочих температур.

Одновременное приложение внешнего давления увеличивает значения адиабатического изменения температуры в этих материалах за счет возрастания резкости фазового перехода. Например, расширения диапазона рабочих температур до -20 ÷ 20 ºС можно добиться, если приложить к рабочим телам магнитного рефрижератора давление 400 Мпа.

Всё это увеличивает важность изучения механических характеристик рабочего тела магнитного рефрижератора, которое выполнили ученые МГУ с коллегами из МИСиС и Тверского государственного университета.

Исследователи, учитывая, что эксплуатационные характеристики этого класса материалов зависят от линейных размеров рабочего тела, которое должно обеспечивать эффективный теплоперенос, сначала оптимизировали геометрию теплообменника.

Они предложили применять стержни диаметром до 300 мкм, что позволяет прикладывать и внешнее давление, и одновременно осуществлять теплообмен между хладагентом и теплоносителем.

Чтобы рабочее тело могло одновременно находиться под действием нескольких обобщенных сил, так как это требовал разрабатываемый цикл магнитного охлаждения, изготовленные элементы теплообменников армировали с помощью формирования фазы железа в стрежнях, что сдерживает распространение трещин.

При этом, поскольку добавление вторичной фазы альфа-железа ведет к уменьшению величины магнитокалорического эффекта, исследователи рассчитали оптимальное содержание вторичной фазы, которое обеспечивает баланс между калорическими и механическими свойствами сплава.