Российские исследователи выявили причину уменьшения эффективности магнитов на основе сплава Mn-Al-Ga. Рассмотрим, как дефекты в структуре влияют на характеристики и каким образом это открытие поможет в создании доступных магнитов для различных секторов промышленности.
Эксперты НИТУ МИСИС выяснили, как улучшить эффективность постоянных магнитов без применения дорогостоящих редкоземельных элементов. Изучив сплав марганца, алюминия и галлия (Mn-Al-Ga), группа исследователей обнаружила внутренние структурные дефекты, которые снижают магнитную мощность примерно на 10%. Данное открытие откроет новые пути для создания более доступных и мощных магнитов для таких областей, как транспорт, энергетика и электроника.
На сегодняшний день лучшие постоянные магниты изготавливаются с добавлением редкоземельных металлов (например, неодима). Однако процесс их добычи является дорогостоящим, и поставки зависят от ограниченного числа стран-производителей. Поэтому ученые по всему миру активно ищут альтернативы, основанные на более распространенных материалах. Сплав Mn-Al-Ga считается одним из наиболее перспективных кандидатов благодаря своей способности сохранять сильные магнитные свойства без редких элементов. Тем не менее, на практике его характеристики часто оказываются ниже теоретических ожиданий.
Для выявления причин несоответствия российские ученые использовали комплексный подход, объединив просвечивающую электронную микроскопию и компьютерное моделирование на атомном уровне. Исследование показало, что внутри быстрозакаленного сплава образуется высокая плотность линейных дефектов кристаллической решетки. Эти дефекты создают границы между участками кристаллической решетки, где нарушается порядок расположения атомов. Именно вблизи этих границ формируется антиферромагнитная связь — явление, при котором соседние атомы марганца начинают компенсировать магнитные эффекты друг друга.
«Мы установили, что высокая плотность дефектов оказывает значительное влияние на магнитное состояние материала. Понимание данного механизма позволяет целенаправленно искать пути для снижения количества таких дефектов или предотвращать их формирование еще на этапе получения сплава», — комментирует к.т.н. Михаил Горшенков, доцент кафедры физического материаловедения и ведущий научный сотрудник центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ МИСИС.
Таким образом, исследование впервые напрямую связано внутреннее строение сплава с ухудшением его свойств. Понимание этого процесса дает инженерам возможность найти решения проблемы. Теперь можно целенаправленно разрабатывать методы уменьшения дефектов в процессе производства или разрабатывать технологии обработки, которые будут предотвращать формирование компенсационных связей. В будущем открытие поможет создать эффективные и доступные магниты нового поколения, избавляя промышленность от зависимости от дефицитных ресурсов.
Фото: hi-tech.mail.ru