Högentropimaterial för ren energiteknologi
- Diarienummer
- SM18-0040
- Start- och slutdatum
- 190101-201231
- Beviljat belopp
- 1 500 000 kr
- Förvaltande organisation
- Sandvik Materials Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Magnetiska värmepumpar öppnar möjligheten för lågenergi-användning och utgör ett miljövänligt alternativ för den konventionella kylindustrin. De använder ett fast material som köldmedium som uppvisar magnetokalorieffekten (MKE). Största delen av magnetokaloriska material baseras på kostsamma jordartsmetaller. Å andra sidan är högentropimaterial (HEM) som uppvisar utmärkta magnetiska och kemiska egenskaper samt MKE. Dagens kunskap om HEM mikrostruktur, magnetiska egenskaper och fas-stabilitet är långt ifrån fullgod. Atomistis-nivå-metodologi skapade av min grupp under det senaste årtiondet öppnar nya möjligheter för effektiv screening av en stor grupp av HEM och för exakt optimering av deras egenskaper. Utifrån denna plattform vill jag nu gå vidare genom att presentera och implementera våra teoretiska utvecklingar för forskare och ingenjörer vid forsknings- och utvecklings-enheten vid Sandvik Materials Technology. Forskningsvistelsen kommer att fokuseras mot högaktuella frågeställningar relaterade till HEM och MKE. Aktiviteterna omfattar demonstration, verifikationsarbeten och tillämpningar. Demonstrationen kommer att göras med hjälp av seminarier och handledning. De teoretiska förutsägelserna kommer att jämföras med experiment på verkliga material. Projektet förväntas resultera i en förbättrad akademisk och praktisk kunskap om de faktorer som kontrollerar de magnetiska egenskaper hos HEM. Förutom ett långvarigt forskningssamarbete planeras gemensamma PhD program.
Populärvetenskaplig beskrivning
Med beaktande av de nalkande miljö- och energiproblemen, blir behovet av utvecklingen av nya material som reducerar CO2 utsläppet väsentlig för alla industriländer. Magnetiska värmepumpar öppnar möjligheten för lågenergi-användning och utgör ett miljövänligt alternativ för den konventionella kylindustrin som är baserad på gaskompression. Den moderna kyltekniken använder ett fast material som köldmedium och miljövänliga inre värmetransportvätskor (till exempel vatten), i kontrast till de klassiska kylsystemen grundad på avdunstande köldvätskor som bidrar till ozonförtunning samt global uppvärmning. Ett fast material som köldmediumen kan produceras av ett magnetiskt material som uppvisar ett magneto-termodynamiskt fenomen känt som den magnetokalorieffekten (MKE). Största delen av de i nuläget tillgängliga magnetokaloriska material baseras på kostsamma jordartsmetaller eller magnetiska föreningar med icke önskvärda egenskaper. Å andra sidan är högentropimaterial (HEM) fria från jordarts- och andra sällsynta metaller, samtidigt som de uppvisar utmärkta mekaniska och kemiska egenskaper samt MKE. Vår målsättning är att erhålla tillräcklig kunskap om magnetiska HEM, med potentiella tillämpningar i högteknologiska utformningar med utgångspunkt i MKE, såsom magnetiska kylskåp som kan användas i vardags syfte. Högentropimaterial är fasta kristallina lösningar som innehåller minst fem ämnen i lika eller nästan lika atomära koncentrationer. Dessa legeringar står för ett av de vikitgaste ämnesområden sedan Cantors, Yehs och Ranganathans pionjärarbete i början av 2000-talet. Det finns åtskilliga användningsområden av högentropilegeringar såsom transport, bygge och flygteknik där hög hållfasthet, hög temperaturuttållighet, låg densitet och speciella magnetiska egenskaper krävs. Som exempel kan nämnas att NiCoFeCr legeringar innehållande Pd har visat rumstemperatur MKE med kontrollerbara magnetiska egenskaper. Tack vare deras enastående egenskaper är HEM material idag de mest lovande kandidaterna för effektiva magnetokaloriska material. Man förväntar sig att matetrial som innehåller HEM når ett genombrott i den magnetisk kylningsindustrin. En bonus med HEM är att de stimulerar vidare forskning av legeringar med komplex komposition som hittills inte har prövats. Detta kan ge upphov till ett astronomiskt antal kompositioner som kan ligga till grund till upptäckter av naturvetenskaplig och praktisk användbarhet.