Ученые СФТИ сделали эффективнее и прочнее сплав – «заменитель» фреона

Работая со сплавами Гейслера, которые обеспечивают высокоэффективное и экологически безопасное охлаждение в конструкциях холодильников и тепловых насосов, физики Томского государственного университета усовершенствовали структуру поликристаллов сплава NiFeGa(Co). К нему был добавлен бор, и новый материал NiFeGaCoB показал значительный охлаждающий эффект в широком интервале температур – до 125°С. Кроме того, специальная термомеханическая обработка полученного сплава сделала его прочным и пластичным, что несвойственно поликристаллам в обычном состоянии. Такие результаты дают возможность повысить качество и при этом удешевить производство деталей для тепловых насосов, холодильников и охлаждающих устройств с микроэлектронной «начинкой», к примеру, компьютеров и мобильных телефонов.

Публикации по теме были представлены в журнале Applied Physics Letters (Q1).

Значительный технологический прогресс повышает требования к различным сферам промышленности. В связи с этим ученые уделяют особое внимание поиску альтернатив традиционному парокомпрессионному охлаждению, где в качестве хладагента используются фреоны. Их минус – в разрушении озонового слоя, ускорении глобального потепления и высоком энергопотреблении.

Альтернативой является твердотельное эластокалорическое охлаждение: рабочий элемент (деталь) под воздействием механической нагрузки сначала деформируется, а после разгрузки возвращается к исходному размеру и охлаждается. Снижение температуры в этом случае связано с поглощением тепла за счет изменения внутренней структуры материала при растяжении либо сжатии. Такой принцип охлаждения экологически безопасен, высокоэффективен и прост в реализации.

Перспективными кандидатами для применения в эластокалорическом охлаждении считаются сплавы Гейслера с составом «никель – железо – галлий – кобальт» [NiFeGa(Co)]. Они уже успешно зарекомендовали себя в качестве приводов, сенсоров и демпферов за счет функциональных свойств – таких как эффект памяти формы и сверхэластичность. Их изучением в последние годы активно занимается коллектив лаборатории физики высокопрочных кристаллов (заведующий Юрий Чумляков).

Исследования сплавов NiFeGa(Co) показали, что их основным преимуществом является эластокалорический эффект со стабильной величиной охлаждения в широком интервале рабочих температур – до 300°С. Немаловажными также являются высокая циклическая стабильность (до 105 циклов) и эффективность охлаждения.

– Таковы результаты исследований, проведенных на монокристаллах NiFeGa(Co). Но применение монокристаллов в промышленных масштабах ограничено в связи с трудностью и дороговизной производства. Поэтому большое внимание наша лаборатория уделяет исследованию поликристаллов. В частности, речь идет о модификации их структуры, которая позволяет избежать растрескивания при нагрузке, – рассказывает руководитель проекта, главный научный сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ, доктор физико-математических наук Елена Панченко.

Под руководством Елены Панченко в рамках гранта Российского научного фонда № 23-19-00150 в лаборатории ведется работа по созданию поликристаллов с улучшенными механическими и эластокалорическими свойствами.

По итогам работы над проектом впервые на поликристаллах сплава NiFeGaCoB получен значительный охлаждающий эффект в широком интервале температур – до 125°С – с величиной охлаждения до 9,4°С. Ранее такие значения наблюдались лишь для монокристаллов данных сплавов.

– Этих результатов удалось добиться за счет комплексной оптимизации структуры поликристаллов. Она включает микролегирование бором – то есть добавление легирующего элемента в очень малом количестве. К примеру, в нашем сплаве содержание бора составляет всего 0,3 %. Также в полученном материале была сформирована текстура, при которой зерна ориентированы вдоль определенного направления, позволяющего получить необходимые параметры эластокалорического эффекта, – приводит подробности инженер-исследователь лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ Ирина Стешенко.

Кроме того, ученые впервые представили результаты по применению на поликристаллических материалах специальной термомеханической обработки – старения в мартенсите под нагрузкой. Она приводит к снижению величины гистерезиса и напряжений в рабочем цикле, что позволяет минимизировать потерю энергии и упростить устройство привода при использовании в тепловых насосах и твердотельных холодильниках.

На основании этого будут предложены рекомендации по модификации структуры поликристаллических материалов для их применения в эластокалорическом охлаждении с высокой эффективностью.

Результаты исследований были представлены на международных профильных конференциях – VI международном научном семинаре «Дни калорики в Челябинске: функциональные материалы и их приложения» и VI международной конференции «Сплавы с памятью формы» (Москва).

Истории и карточки

1
Вывод КАБСов на Форуме!
форум
Обновление Форума!
Активность EL-комитета НОПСМ-1.mp4_snapshot_00.19.255
Активность EL-комитета НОПСМ
RC3d кейсы-1.mp4_snapshot_00.09.816
Вот как надо делать кабель красивым!

Рекомендуем прочесть

Основное кольцо синхротрона СКИФ под Новосибирском запустят в начале 2026 года
Основной накопитель (основное кольцо) строящегося под Новосибирском Центра коллективного пользования...
Регистрация на Cabex-2026 уже открыта!
Открыта регистрация на 24-ю Международную выставку кабельно-проводниковой продукции, оборудования и материалов...
Ученые ТПУ создали «самозалечивающиеся» покрытия для элементов термоядерных реакторов
Ученые Томского политехнического университета разработали новую многослойную архитектуру покрытий для...

Журнал

Читайте и скачивайте архив журнала ElektroPortal, где мы рассказываем о главных новостях и событиях рынка и интересно пишем об электротоварах

Радио Kabel.FM

Слушайте первое кабельное радио Kabel.FM на ЭлектроПортал.Ру

album-art
Прямая трансляция Kabel.FM

Не работает эфир? Переходи на резервный!

Интервью и персоны

02
Мы работаем над переводом всех своих решений на Linux
interwetalonVNIIKP
Эталон испытаний. Центр климатических испытаний и испытаний на пожарную безопасность ВНИИКП
Сергей Снежко на заводе "Иркутсккабель". В руках - кабель для майнинга. Это относительно новая номенклатура для УНКОМТЕХа
«УНКОМТЕХ» готов полностью обеспечить кабелем собственного производства любой объект
ispchesVNIIKP
Испытания на честность Ассоциацией "Электрокабель"
Алюминий помогает застройщикам экономить
Алюминий помогает застройщикам экономить
ВНИИКП — 75 лет в авангарде кабельной науки. Проект «Уроки Легенд»
ВНИИКП — 75 лет в авангарде кабельной науки