Karakterisering af bløde magnetiske nanokompositter

Optimering af ydeevnen af ​​bløde magnetiske materialer kræver en forståelse af nanostrukturen og hensyntagen til den lokale sammensætning af hver fase. Forskerne har med succes korreleret krystallisationstilstanden i legeringen til lokal sammensætning med en ny massebalance. Sammensætningens legering (Fe ₆₅ Co ₃₅ ) _79,5 B ₁₃ Si ₂ NB ₄ Cu _1.5 blev syntetiseret og efterfølgende varmebehandlet af forskergruppen af ​​professor Michael McHenry fra Carnegie Mellon University. Atom probe tomografi (APT) blev derefter brugt til at karakterisere de forskellige stadier af krystallisation i EMSL, det miljømolekylære laboratorium. APT producerede 3-D atomkort over alle legeringsbestanddele (vist i IEEE Transactions on Magnetics-omslaget). De lokale koncentrationer af grundstoffer opnået gennem APT blev derefter brugt i massebalancer (kvantificering af glasdannere i nanokrystaller, berigelse af glasdannere, og udtømning af jern og kobolt i den amorfe fase).

Bløde magnetiske materialer bevarer ikke deres magnetisme, når de fjernes fra et magnetfelt, og er meget brugt til at konstruere magnetiske komponenter til motorer, strømgeneratorer, og kraftelektronik. "Blød" refererer til deres lille tvangsevne, hvilket betyder, at de let kan magnetiseres eller afmagnetiseres. Udfordringen er at udvikle skalerbare ruter til fremstilling af bulkmængder af blødt magnetisk materiale og samtidig bevare de unikke nanoskalaegenskaber, der er ansvarlige for de ønskelige bløde magnetiske egenskaber.

Forbedring af ydeevnen af ​​bløde magnetiske materialer i bulk kan have stor indflydelse på strømkonvertering og elektriske maskiner alene, fordi 30 procent af elektriciteten, der forbruges i USA, bruges af elektriske motorer, og 80 procent af al genereret elektricitet forventes at strømme gennem kraftelektronik i 2030. Højtydende bløde magnetiske materialer kan i høj grad forbedre effektiviteten af ​​elproduktion. For eksempel, en stigning på 1 procent i energiproduktionseffektiviteten gennem avancerede bløde magnetiske materialer kan resultere i 159 TWh i energibesparelser.

Et mål for MS ³ Initiativet er at udvikle metoder til at producere bulk nanostrukturerede materialer ved hjælp af skalerbare, omkostningseffektive processer baseret på en forståelse af de videnskabelige principper, der ligger til grund for disse processer. PNNL bruger nye behandlingsteknikker til at producere bulk nanostrukturerede materialer med funktioner på nanometerstørrelse til brug i kraftelektronik (bløde magneter), høst af affaldsenergi (termoelektrisk), og letvægtsbiler/lastbiler (konstruktionsmaterialer). Disse teknikker kan revolutionere vores evne til at lave avancerede, højtydende materialer.