Stichting FOM
22 november 2011, 2011/56
Nieuwe magnetische materialen voor efficiënte energie-omzetting
FOM-onderzoekers uit Delft en Nijmegen hebben een nieuw soort
magnetisme ontworpen. Sterk en zwak magnetisme blijken naast elkaar te
kunnen bestaan in opeenvolgende atoomlagen in een rooster. Door de
compositie van de materialen te variëren, ontwerpen de onderzoekers
nieuwe materialen met hoge rendementen die goedkoper zijn voor
toepassing in efficiëntere koel- of energie-conversiesystemen. Zij
publiceerden hun resultaten vorige week in het tijdschrift Advanced
Energy Materials.
Figuur 1. Verandering in elektronendichtheid
vergroten Figuur 1. Verandering in elektronendichtheid
De verandering in elektronendichtheid in het Fe/Si vlak als gevolg van
de faseovergang. De dichtheid bij lage temperatuur is afgetrokken van
de dichtheid bij hoge temperatuur dus loopt de schaal van -4.55 x 10^-5
(donker blauw) tot 9.1 x10^-5 (rood) elektronen/Å^3. De donkere linies
tonen de plaatsen waar geen verandering optreedt.
De temperatuur van magnetische materialen verandert onder invloed van
een magnetisch veld. Dit is het zogenaamde magnetocalorisch effect. Dit
komt doordat een extern magnetisch veld zorgt voor een ordening van de
magnetische momenten in het materiaal. De entropieverlaging die daaruit
volgt, veroorzaakt een opwarming van het materiaal. Dit
magnetocalorisch effect vormt de basis voor magnetische koelsystemen.
De sterke respons van deze materialen is ook bruikbaar in
inductiesystemen, waarbij restwarmte in elektrische energie wordt
omgezet.
Sterk en zwak
Prof.dr. Ekkes Brück leidt het Industrial Partnership Programme van FOM
waarbinnen dit onderzoek plaatsvond. Door theoretische berekeningen en
experimentele studies te combineren ontwierp zijn onderzoeksteam een
materiaal met een zeer sterk magnetocalorisch effect. In dit materiaal
zijn sterke en zwakke magnetische subroosters van mangaan en van ijzer
ingebed in wisselende atoomlagen. Dit levert een nieuw soort magnetisme
op waarin sterk en zwak magnetisme naast elkaar bestaan. Bovendien
varieren de onderzoekers de compositie van het materiaal met
substitutie. Daarmee kunnen zij de werktemperatuur aanpassen en de
gewenste magnetocalorische eigenschappen versterken. De gebruikte
materialen zijn ruim beschikbaar en geschikt voor massaproductie. Dat
biedt perspectieven voor goedkope productie van hoog-rendement systemen
voor koeling of energie-omzetting.
Contact
Voor meer informatie kunt u contact opnemen met prof.dr. Ekkes Brück
(015) 278 31 58.
Referentie
Advanced Energy Materials; Volume 1, Issue 6, pages 1215-1219,
November, 2011.