Перспективный для технологии магнитного охлаждения редкоземельный металл изучили ученые ЮУрГУ. Его твердые растворы привлекают возможностью настройки температур магнитного фазового перехода. Наибольший интерес представляет твердый раствора диспрозия с иттрием. Результаты исследования опубликованы в журнале «AIP Advances» (индексируется в Scopus).
Мировой спрос на энергию продолжает увеличиваться, и хотя ученые стремятся найти «зеленую» альтернативу ископаемым ресурсам, пока именно такое топливо играет ведущую роль в энергетическом балансе. По прогнозам экспертов, природный газ даже увеличит долю в мировом потреблении.
Для хранения и перевозки газа его переводят в жидкое состояние: так вещество занимает в 600 раз меньше объема. Газ сжижается под действием холодных температур. Многообещающей является технология магнитного охлаждения, которая основана на способности используемых материалов менять температуру под воздействием магнитного поля.
Материалами, подходящими для магнитокалорического охлаждения, считаются редкоземельные металлы, сплавы и соединения. Изучая их, ученые из Южно-Уральского государственного университета пришли к выводу, что самым высоким магнитным моментом обладает диспрозий (Dy). В исследовании, проведенном совместно с учеными из ЧелГУ, МИСиС и Пекинского университета науки и технологий (Китай), было исследовано изменение магнитных свойств в твердых растворах диспрозия Dy100-xYx (x=0–15).
Твердые растворы использовались потому, что в них диспрозий сохраняет кристаллическую решетку, которая дает представление о свойствах вещества. Однако диспрозий образует твердые растворы с ограниченным количеством элементов. Из них именно иттрий слабо влияет на насыщение намагниченности. При использовании растворов с низким содержанием иттрия можно наблюдать магнитокалорический эффект, то есть изменение температуры, как при применении чистого диспрозия.
«Исследованные твердые растворы Dy100-xYx (x = 5, 10, 15) показывают интересное сложное поведение: с увеличением концентрации иттрия происходит ожидаемое уменьшение магнитного момента и уменьшение температуры Кюри, но также наблюдается изменение типа гистерезиса в ферромагнитном состоянии», – рассказал заведующий Лабораторией функциональных материалов ЮУрГУ Дмитрий Батаев.
.jpg)
На фото: Д. С. Батаев, заведующий Лабораторией функциональных материалов
Ферромагнитное состояние характеризуется спонтанной намагниченностью при температуре ниже температуры Кюри под действием внешнего магнитного поля. При этом проявление физического свойства не зависит от внешних факторов – это особенности гистерезиса.
Диспрозий и его твердые растворы привлекают исследователей магнитными свойствами и возможностью настройки температур магнитного фазового перехода. Ученые ЮУрГУ совместно с коллегами из других вузов продолжат работу с редкоземельным элементом, создавая серии составов с различным температурным диапазоном магнитокалорического эффекта, определяемым температурами Кюри (температура фазового перехода II рода) и Нееля (точка, в которой вещества с самопроизвольной намагниченностью теряют специфические магнитные свойства).
Твердые растворы диспрозия перспективны для использования в технологии магнитного охлаждения при криогенных температурах, которые применяются в газовой промышленности.
Исследования по этой теме могут выйти на новый уровень после открытия Центра сильных магнитных полей. Это совместная идея ЮУрГУ и ЧелГУ: ученые двух южноуральских вузов давно установили продуктивные рабочие связи, особенно в областях точных наук.
Научно-образовательный консорциум организаций Челябинской области, куда входят ЮУрГУ и ЧелГУ, создан для развития образовательных программ, проведения научных исследований и инновационных разработок. В планах консорциума внедрение научных и инженерных разработок, а также укрепление конкурентоспособности в рамках достижения целевых задач Программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».
СМИ о нас:
ТАСС: Диспрозий признали эффективным для сжижения газа
Проект 5-100: Диспрозий признали эффективным для сжижения газа