Et boost til permanente magneter

Forskere ved TU Darmstadt undersøgte på atomært niveau, hvordan ændringer i jernindhold påvirker mikrostrukturen af ​​samarium-koboltbaserede permanente magneter. Deres resultater blev offentliggjort i Naturkommunikation . På sigt kunne de bidrage til udviklingen af ​​permanente magneter med forbedret magnetisk ydeevne. Disse magneter findes i mikrobølgerør, gyroskoper og satellitstyringer, for eksempel.

Selvom samariumkoboltmagneter (Sm ₂ Co ₁₇ magneter), en slags sjældne jordartsmagneter, blev udviklet i begyndelsen af ​​1960'erne, har den underliggende domænemurefastgørelsesmekanisme været ukendt. Forskere ved TU Darmstadt viste, at jernindholdet styrer dannelsen af ​​en diamantformet cellulær struktur, der dominerer tætheden og styrken af ​​domænevægens fastgørelsessteder og dermed koerciviteten, med andre ord den modstand, magneten stiller mod demagnetisering.

Ved at bruge et atomopløsnings aberrationskorrigeret (scanning) transmissionselektronmikroskop i kombination med mikromagnetiske simuleringer kunne forfatterne for første gang afsløre atomstrukturen i de enkelte faser, der er til stede, og etablere en direkte korrelation til de makroskopiske magnetiske egenskaber. Med videre udvikling, denne viden kan anvendes til at producere permanente magneter af samariumkobolt med forbedret magnetisk ydeevne.

Pinning-kontrollerede permanente magneter, der arbejder ved forhøjede temperaturer over 100 ° Celsius, øger enhedens ydeevne for magnetbaserede industrielle applikationer. Disse omfatter mikrobølgerør, gyroskoper og accelerometre, reaktions- og momentumhjul til at styre og stabilisere satellitter, magnetiske lejer, sensorer og aktuatorer. Sm ₂ (Co, Fe, Cu, Zr) ₁₇ er et vigtigt industrielt brugt materialesystem, da det både har en høj Curie -temperatur og en høj magnetokrystallinsk anisotropi. I modsætning til kimdannelsesstyrede Nd-Fe-B-baserede permanente magneter, den Sm ₂ Co ₁₇ -typen bevarer sine fremragende magnetiske egenskaber ved forhøjede temperaturer.

For at opnå så høje magnetiske præstationer er det nødvendigt at få præcis kontrol af synteseparametrene under fremstillingsprocessen af ​​en magnet og grundigt at forstå atomskalaens struktur og adfærd i de involverede faser.

En højere mættelsesmagnetisering opnået ved øget jernindhold er afgørende for at give større energiprodukter i disse Smaragd-sjældne jordarter ₂ Co ₁₇ -type fastspændingsstyrede permanente magneter. Forskerne ved TU Darmstadt udviklede modelmagneter med et øget jernindhold baseret på en unik nanostruktur og en kemisk modifikation, der tilføjede jern, kobber og zirkonium. Dr. Leopoldo Molina-Luna, hvem var den tilsvarende forfatter til publikationen, præsenterede resultaterne på "Nature Conference on Electron Microscopy for Materials - The Next Ten Years" fejret på Zhejiang University i Hangzhou, Kina (24. maj - 27. maj). Denne konference samlede førende eksperter inden for elektronmikroskopi til materialevidenskab.

Opfølgende forskning for at øge magnetisk ydeevne

Yderligere undersøgelser planlagt på TU Darmstadt på dette materialesystem inkluderer temperaturafhængige undersøgelser ved hjælp af en nyligt erhvervet DENSsolutions mikroelektromekaniske systemer (MEMS) chipbaseret in situ TEM-holder. Ved at implementere dette state-of-the-art setup i kombination med avancerede simuleringsteknikker forestiller TU Darmstadt-forskerne sig for yderligere at undersøge de mekanismer, der fører til forbedrede magnetiske præstationer i samarium-koboltbaserede og beslægtede permanente magnetsystemer. Dette ville repræsentere et stort gennembrud på området. Desuden, stedsspecifikke elektronenergitab magnetiske kirale dikroisme (EMCD) målinger er planlagt til en kvantitativ lokal magnetisk strukturbestemmelse i samarbejde med kolleger fra Beijing National Center for Electron Microscopy.