КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-72-10147
НазваниеРазработка научных основ нового поколения твердотельных магнитных рефрижераторов
Руководитель Карпенков Дмитрий Юрьевич, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСИС" , г Москва
Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-207 - Магнитные явления
Ключевые слова магнитокалорический эффект, магнитное охлаждение, магнитный гистерезис, магнитообъемный эффект, моделирование методом конечных элементов
Код ГРНТИ29.19.39
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Технология магнитного охлаждения успешно применяется для получения сверхнизких температур и является перспективным методом охлаждения при температурах вблизи комнатных. К тому же, по мнению авторитетного американского издания «Scientific America» данная технология включена в семерку самых перспективных энергетических технологий по сокращению энергопотребления в масштабах планеты.
Данная технология охлаждение основывается на магнитокалорическом эффекте (МКЭ), который определяется как изменение температуры, наблюдаемое в большинстве магнитных материалах при изменении внешнего магнитного поля. Таким образом, основываясь на МКЭ, возможно создание магнитных тепловых насосов - машин, где магнитные материалы выступают в качестве рабочих тел вместо газа, а процессы намагничивания или размагничивания используется вместо процессов сжатия или расширения.
Широкому практическому применению магнитных твердотельных тепловых насосов (магнитных рефрижераторов) в основном препятствует недостаточная напряженность магнитного поля в системах на основе постоянных магнитов (≤1Tл), которые используются в качестве источника магнитного поля. Это ограничивает значения адиабатического изменения температур. В настоящее время данная проблема решается использованием регенерационной колонн, состоящих из набора магнитокалорических материалов с незначительно отличающимися значениями температуры фазового перехода. Данное решение позволяет при использованиии цикла активного магнитного регенератора получать самые большие на сегодняшний день градиенты температуры до 35 К. Однако все плюсы данного подхода перечеркивает низкая холодильная мощность устройств, так как вся мощность используется для предохлаждения последующего участка колонны. Таким образом в контакт с холодильной камерой приводится лишь малая часть магнитокалорического материала.
Данный проект направлен на разработку научных основ повышения охлаждающей мощности за счет разработки новых циклов охлаждения, использующих рабочие тела с настраиваемой в процессе работы температурой Кюри, а также за счет уменьшения отрицательного эффекта, вызванного тепловым и полевым гистерезисом рабочих тел магнитных рефрижераторов (тепловых насосов). Для уменьшения гистерезисных потерь в магнитных материалах, испытывающих фазовый переход первого рода в процессе намагничивания и размагничивания мы предлагаем прикладывать давление для смещения точки Кюри вниз и замыкания петель гистерезиса. Более того, нами было показано, что приложение внешнего давления может не только сдвинуть точку Кюри, но и увеличить резкость фазового перехода, что приводит к увеличению магнитокалорического эффекта.
Однако для проектирования подобных устройств и для прогнозирования воздействия внешнего давления на магнитную подсистему материалов необходимо построение феноменологических моделей, описывающих зависимость магнитных свойств от объема.
Для управления тепловым и полевым гистерезисами в материалах с первым родом фазового перехода и для уменьшения потерь при циклическом намагничивании и размагничивании в проекте предполагается сосредоточиться на следующих аспектах: (I) все исследуемые материалы будут характеризоваться с использованием самосогласованного набора данных, включая зависимости намагниченности от поля / температуры, изменения, происходящие в кристаллической решетке и термический отклик материала; (II) будут исследованы индуцированные температурой и полем изменения свободной энергии Гиббса исходной и новой фаз, которые дадут нам оценку верхнего предела внутреннего гистерезиса; (III) будет проведен анализ факторов, ограничивающих скорость перехода, что особенно важно для магнитокалорических приложений.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ