גרמניה: חוקרים מגרמניה ויפן טוענים כי פתחו דרך לשפר את ביצועי הקירור המגנטו-קלורי ולשפר את עמידותו של החומר.
האפקט המגנטו-קלורי, תופעה שבה חומרים מסוימים משנים טמפרטורה כאשר הם נחשפים לשדה מגנטי, עשוי לסלול את הדרך לחלופה בת קיימא יותר לטכנולוגיית דחיסת אדים.
עד כה, חוקרים התמודדו עם דילמה מהותית: חומרים בעלי אפקט קירור גבוה סבלו לעתים קרובות מאובדני אנרגיה בלתי הפיכים, אפקט המכונה היסטרזיס, שהוביל להידרדרות מהירה באפקט הקירור בתנאי הפעלה. לעומת זאת, חומרים עמידים קונבנציונליים לא הצליחו להשיג את אפקט הקירור הגדול הנדרש ליישום מעשי.
פרסום
צוות המחקר, שהורכב מנציגים מהאוניברסיטה הטכנית של דרמשטט בגרמניה ומהמכון הלאומי למדעי החומרים (NIMS) ביפן, יחד עם מכונים יוקרתיים אחרים, טען כי השיג פריצת דרך מכרעת באמצעות גישה חדשנית לתכנון חומרים.
על ידי כוונון עדין של הקשר האטומי (קשר קוולנטי) באמצעות שליטה מדויקת בהרכב הכימי, הם הצליחו למזער הפסדי אנרגיה בלתי הפיכים. המחקר התמקד בתרכובת של גדוליניום (Gd) וגרמניום (Ge). חומר קירור מגנטי זה, Gd5Ge4 , מתחמם כאשר שדה מגנטי חיצוני גורם ל"ספינים" המגנטיים הזעירים של האטומים להסתדר.
החוקרים זיהו כי ירידה בביצועים של חומר זה נגרמת על ידי מעבר מבני המתרחש במהלך מעברים מגנטיים. ב-Gd5Ge4 , שינוי אורכי הקשר בין אטומי גרמניום, המחברים את לוחות המבנה, תורמים להיסטרזיס וירידה בביצועים במהלך מחזורים חוזרים .
כדי לפתור זאת, הצוות החליף חלק מהגרמניום באטומי בדיל (Sn) כדי לכוונן במדויק את הקשר הקוולנטי של החומר.
כתוצאה משינויים אלה, נאמר שהחומר שומר על קירורו לאורך מחזורים חוזרים, ובמקביל מכפיל את שינוי הטמפרטורה האדיאבטי ההפיך שלו, שעלה מ-3.8 מעלות צלזיוס ל-8 מעלות צלזיוס.
פרסום
פריצת דרך זו משפרת הן את האפקט המגנטו-קלורי והן את העמידות הכוללת של החומר, וסוללת נתיב בר-קיימא ובעל ביצועים גבוהים עבור מקררים מגנטיים. מכיוון שחומרים אלה פועלים ביעילות בטמפרטורות קריוגניות, הנעות בין -233°C ל- -113°C, הם נתפסים כבחירה אידיאלית להנזלת גז.
הקונסורציום מתכנן כעת ליישם מתודולוגיה זו על מגוון רחב יותר של תרכובות, ולהרחיב את טווח ההשפעה של הטכנולוגיה על פני מגזרי קירור והנזלת גז שונים.
התורמים האחרים למחקר בינלאומי זה כללו את המכון הטכנולוגי של קיוטו (KIT) ביפן, המכון היפני לחקר קרינת סינכרוטרון (JASRI), ואוניברסיטת היוגו ואוניברסיטת טוהוקו ביפן.
