Отечественная разработка способствует снижению расходов на производство компонентов для теплового оборудования, холодильных систем и устройств с электронными элементами, включая компьютеры и смартфоны.
Стремительное развитие технологий накладывает повышенные требования на промышленные сферы, заставляя ученых искать новые решения по сравнению с традиционными способами парокомпрессионного охлаждения, основанными на использовании опасных фреонов. Фреоны оказывают негативное влияние на озоновый слой, способствуют глобальному потеплению и отличаются высоким потреблением энергии, отмечается на сайте Томского государственного университета.
Хорошей заменой служит твердотельный эластокалорический метод охлаждения. В данном случае рабочий элемент сначала подвергается деформации под воздействием механического напряжения, а затем, возвращаясь в исходное положение, охлаждается за счет выделения тепла, вызванного изменениями в структуре материала при растяжении или сжатии. Эта технология безопасна для экологии, обладает высокой эффективностью и легко реализуется на практике.
Наиболее перспективными материалами для эластокалорического охлаждения являются сплавы Гейслера состава «никель-железо-галлий-кобальт» [NiFeGa(Co)]. Благодаря своим уникальным функциональным характеристикам, таким как память формы и сверхэластичность, они находят широкое применение в качестве эффективных приводов, датчиков и демпферов. Экспериментальные исследования отечественных ученых продемонстрировали ряд преимуществ сплавов NiFeGa(Co): значительный и устойчивый эластокалорический эффект, обеспечивающий эффективное охлаждение даже при высоких температурах до 300 °С, отличная устойчивость к многократным нагрузкам (до 105 циклов) и высокая эффективность охладительных процессов.
По словам экспертов, в результате работы над проектом впервые удалось достичь значительного эффекта охлаждения на поликристаллах сплава NiFeGaCoB в широком температурном диапазоне до 125 °C с максимальным снижением температуры до 9,4 °C. Ранее подобные характеристики наблюдались только у монокристаллов указанных сплавов.
«Этих результатов удалось достичь благодаря комплексной оптимизации структуры поликристаллов. Она включает микролегирование бором — то есть добавление легирующего элемента в крайне малых количествах. Например, в нашем сплаве содержание бора составляет всего 0,3%. Кроме того, в полученном материале была сформирована текстура, при которой зерна ориентированы вдоль определенного направления, что позволяет получить необходимые характеристики эластокалорического эффекта», — комментирует детали инженер-исследователь лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ Ирина Стешенко.
Также ученые впервые опубликовали результаты применения на поликристаллах специального метода термомеханической обработки — старения в мартенсите под нагрузкой. Эта процедура снижает гистерезис и механические напряжения в процессе эксплуатации, что уменьшает энергетические потери и упрощает конструкцию устройств типа тепловых насосов и твердотельных холодильников. Полученные результаты послужат основой для разработки предложений по улучшению структуры поликристаллических материалов, оптимизированных для высокоэффективного эластокалорического охлаждения.
Физики открыли увлекательный мир «вращающихся кристаллов». Кристаллические образования, которые скручиваются, распадаются на фрагменты и собираются заново, могут стать ключом к созданию материалов будущего.
Фото: hi-tech.mail.ru