Rendere i materiali magnetici morbidi più duttili e più resistenti attraverso le nanoparticelle. Credito:Tianyi You, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH
I materiali magnetici morbidi (SMM) applicati nei motori elettrici trasformano l'energia da risorse sostenibili in elettricità. Gli SMM convenzionali, attualmente utilizzati nell'industria, sono soggetti a danni in presenza di forti carichi meccanici. I ricercatori del Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), dell'Università tecnica di Darmstadt e della Central South University, in Cina, hanno sviluppato una nuova strategia di progettazione che aumenta la durata delle SMM e apre la strada ad applicazioni avanzate come l'alta velocità motori. Hanno pubblicato le loro recenti scoperte sulla rivista Nature .
Introduzione alle nanoparticelle per aumentare la forza e la duttilità
"Il problema attuale che stiamo affrontando nei materiali magnetici morbidi convenzionali è il compromesso tra essere magnetici morbidi da un lato e meccanicamente forti dall'altro", spiega Liuliu Han, ricercatore di dottorato presso il MPIE e primo autore della pubblicazione . Una maggiore resistenza nei materiali si ottiene solitamente attraverso l'implementazione di caratteristiche microstrutturali come precipitazioni e difetti. Secondo lo stato dell'arte, l'introduzione di queste nanoparticelle in materiali magnetici morbidi bloccherà il movimento delle pareti del dominio, riducendo così la forza magnetizzante. Gli scienziati hanno scoperto che la dimensione delle nanoparticelle gioca un ruolo cruciale sia per la resistenza meccanica e la duttilità dei magneti che per il loro magnetismo.
"Finora si presumeva che le nanoparticelle più piccole interagissero meno con le pareti del dominio e fossero quindi preferite. Tuttavia, è vero il contrario. Abbiamo implementato particelle che sono leggermente al di sotto della larghezza della parete del dominio. Questo ingrossamento significa una superficie specifica più piccola e ridotta il livello di stress interno in modo che le proprietà magnetiche non venissero influenzate", afferma Han.
Confronto degli spettri delle proprietà meccaniche e funzionali della nuova lega multicomponente. Credito:Natura (2022). DOI:10.1038/s41586-022-04935-3
Sistema in lega multicomponente per magneti morbidi avanzati
Il team di ricercatori ha realizzato questa idea progettuale in un sistema di leghe multicomponente, derivato dal concetto di lega ad alta entropia, contenente ferro, nichel, cobalto, tantalio e alluminio con proprietà multifunzionali, che non è comune per i magneti morbidi convenzionali destinati principalmente alle proprietà magnetiche morbide. Inoltre, i materiali basati sul nuovo sistema di leghe sono più facili da produrre e hanno una durata maggiore rispetto ai materiali magnetici convenzionali.
"Con l'aiuto dei calcoli computazionali e dell'apprendimento automatico, stiamo ora cercando di trovare modi per ridurre il costo della lega proposta riducendo la quantità di elementi costosi contenenti, come il cobalto, e trovando sostituti con proprietà simili", afferma Dr. Fernando Maccari, ricercatore post-dottorato nel gruppo Functional Materials della TU Darmstadt e secondo autore della pubblicazione. Le proprietà magnetiche sono state studiate presso la TU Darmstadt, mentre il progetto della composizione e la caratterizzazione della lega è stato effettuato presso il MPIE.
La composizione della lega qui utilizzata funge da sistema modello per le leghe multicomponenti. Il concetto di utilizzo di leghe multicomponente non è limitato ai materiali magnetici morbidi, ma è applicabile a leghe avanzate con nuove e insolite combinazioni di proprietà funzionali e meccaniche. + Esplora ulteriormente
