Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Magnetische Kühlung im Aufwind

29.05.2012
Forscher vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden schlagen magnetische Formgedächtnislegierungen aus Nickel, Mangan, Indium und Kobalt als Material für magnetische Kühlschränke vor.
Ausschlaggebend für die Eignung dieses Materials sind nicht nur die magnetischen Eigenschaften, sondern die großen Temperaturänderungen, die durch den strukturellen Umbau des Kristallgitters entstehen. Diese in der Fachzeitschrift Nature Materials veröffentlichten Ergebnisse eröffnen ganz neue Möglichkeiten für die magnetische Kühlung.

Weltweit wird ein großer Teil der produzierten Elektroenergie für Kühlzwecke verbraucht. Die effizienteste dafür etablierte Technik, die Kompressionskühlung, hat einen Wirkungsgrad von maximal 45%. Einen wesentlich besseren Wirkungsgrad weisen Kühlgeräte auf, die auf dem magnetokalorischen Effekt beruhen. Dieser funktioniert so: Wird ein konventionelles magnetokalorisches Material in ein Magnetfeld gebracht, richten sich seine zunächst ungeordneten magnetischen Momente parallel zum angelegten Feld aus.

Mikroskopische Aufnahme der Zwillingsstruktur in der Nickel-Mangan-Legierung mit Indium und Kobalt.
Foto: IFW Dresden

Dadurch erhöht sich der magnetische Ordnungszustand. Die Zunahme der magnetischen Ordnung wird bei geeigneter Prozessführung dadurch kompensiert, dass sich die Schwingungen der Atome auf ihren Gitterplätzen verstärken, was zu einer Temperaturerhöhung führt.

Kühlt man das erwärmte Material im Magnetfeld wieder auf die Ausgangstemperatur ab und schaltet dann das Magnetfeld aus, findet der umgekehrte Prozess statt und das Material kühlt sich weiter ab und erreicht eine nun einige Grad Celsius tiefere Temperatur als zu Beginn des Zyklus. In diesem Zustand kann das Material Wärme aufnehmen und somit als Kühlmittel dienen.

Deutlich größere magnetokalorische Effekte lassen sich erzielen, wenn die Änderung der magnetischen Ordnung von einem strukturellen Phasenübergang begleitet wird. Die Dresdner Forscher untersuchten eine Nickel-Mangan-Legierung näher, bei der ein umgekehrter magnetokalorischer Effekt auftritt. Das bedeutet, dass die magnetische Ausrichtung eine moderate Temperaturerhöhung zur Folge hat, während die strukturelle Umwandlung zu einer starken Abkühlung des Materials führt. Die Summe dieser entgegengesetzt wirkenden Effekte ergibt eine Kühlung des Materials bereits beim Anlegen des Magnetfeldes.

Eine Möglichkeit, zu effektiveren magnetischen Kühlsystemen zu gelangen, sehen sie darin, diesen strukturellen Beitrag zum magnetokalorischen Effekt durch die optimale Wahl der chemischen Zusammensetzung zu maximieren. Hierdurch wird eine Temperaturänderung von bis zu 6 Grad bei moderaten Magnetfeldern von 2 Tesla erreicht, wobei die strukturellen Änderungen im Kristallgitter am meisten dazu beitragen. Aus theoretischen und modellhaften Betrachtungen leiten sie ab, dass folgende Bedingungen für hohe Temperaturänderungen in magnetokalorischen Materialien günstig sind: eine vollständige Phasenumwandlung in einem engen Temperaturintervall und eine optimale Feldabhängigkeit der Übergangstemperatur.

Außerdem rückten die Forscher einem weiteren Problem in der magnetokalorischen Anwendung der Nickel-Mangan-Legierungen auf den Leib: Die erforderlichen hohen Temperaturänderungen in diesen Legierungen werden bisher nur im ersten Zyklus erreicht und nehmen in den folgenden Zyklen drastisch ab. Sie fanden heraus, dass das Anlegen eines äußeren Drucks, das zyklische Verhalten deutlich verbessert, und dass die genaue Einstellung der kristallografischen Gitterparameter und das Stapeln von Schichten bestimmter magnetokalorischer Legierungen den Arbeitsbereich, das heißt das Kühlfenster, signifikant erweitern.

Diese in der Fachzeitschrift Nature Materials erschienenen Ergebnisse bringen die Anwendung der magnetischen Kühlung als energieeffiziente und umweltfreundliche Technologie einen wesentlichen Schritt voran.

Pressekontakt

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Oliver Gutfleisch
Materialwissenschaft
Technische Universität Darmstadt
Petersenstraße 23
84287 Darmstadt
Tel. 06151 16-75559
gutfleisch@fm.tu-darmstadt.de

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit:
Dr. Carola Langer
IFW Dresden
Referentin des Wiss. Direktors
Tel. 0 351 4659-234
c.langer@ifw-dresden.de

Originalveröffentlichung:
“Giant magnetocaloric effect driven by structural transitions”
Jian Liu, Tino Gottschall, Konstantin P. Skokov, James D. Moore, Oliver Gutfleisch
Nature Materials, Advance Online Publication (AOP), 27.05.2012
DOI: 10.1038/NMAT3334

Dr. Carola Langer | idw
Weitere Informationen:
http://www.ifw-dresden.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Advanced Materials: Glas wie Kunststoff bearbeiten
18.05.2018 | Karlsruher Institut für Technologie

nachricht Stärkstes Biomaterial der Welt schlägt Stahl und Spinnenseide
17.05.2018 | Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

Wie verleiht man Zellen neue Eigenschaften ohne ihren Stoffwechsel zu behindern? Ein Team der Technischen Universität München (TUM) und des Helmholtz Zentrums München veränderte Säugetierzellen so, dass sie künstliche Kompartimente bildeten, in denen räumlich abgesondert Reaktionen ablaufen konnten. Diese machten die Zellen tief im Gewebe sichtbar und mittels magnetischer Felder manipulierbar.

Prof. Gil Westmeyer, Professor für Molekulare Bildgebung an der TUM und Leiter einer Forschungsgruppe am Helmholtz Zentrum München, und sein Team haben dies...

Im Focus: LZH showcases laser material processing of tomorrow at the LASYS 2018

At the LASYS 2018, from June 5th to 7th, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) will be showcasing processes for the laser material processing of tomorrow in hall 4 at stand 4E75. With blown bomb shells the LZH will present first results of a research project on civil security.

At this year's LASYS, the LZH will exhibit light-based processes such as cutting, welding, ablation and structuring as well as additive manufacturing for...

Im Focus: Kosmische Ravioli und Spätzle

Die inneren Monde des Saturns sehen aus wie riesige Ravioli und Spätzle. Das enthüllten Bilder der Raumsonde Cassini. Nun konnten Forscher der Universität Bern erstmals zeigen, wie diese Monde entstanden sind. Die eigenartigen Formen sind eine natürliche Folge von Zusammenstössen zwischen kleinen Monden ähnlicher Grösse, wie Computersimulationen demonstrieren.

Als Martin Rubin, Astrophysiker an der Universität Bern, die Bilder der Saturnmonde Pan und Atlas im Internet sah, war er verblüfft. Die Nahaufnahmen der...

Im Focus: Self-illuminating pixels for a new display generation

There are videos on the internet that can make one marvel at technology. For example, a smartphone is casually bent around the arm or a thin-film display is rolled in all directions and with almost every diameter. From the user's point of view, this looks fantastic. From a professional point of view, however, the question arises: Is that already possible?

At Display Week 2018, scientists from the Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP will be demonstrating today’s technological possibilities and...

Im Focus: Raumschrott im Fokus

Das Astronomische Institut der Universität Bern (AIUB) hat sein Observatorium in Zimmerwald um zwei zusätzliche Kuppelbauten erweitert sowie eine Kuppel erneuert. Damit stehen nun sechs vollautomatisierte Teleskope zur Himmelsüberwachung zur Verfügung – insbesondere zur Detektion und Katalogisierung von Raumschrott. Unter dem Namen «Swiss Optical Ground Station and Geodynamics Observatory» erhält die Forschungsstation damit eine noch grössere internationale Bedeutung.

Am Nachmittag des 10. Februars 2009 stiess über Sibirien in einer Höhe von rund 800 Kilometern der aktive Telefoniesatellit Iridium 33 mit dem ausgedienten...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vielseitige Nanokugeln: Forscher bauen künstliche Zellkompartimente als molekulare Werkstatt

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Mikroskopie der Zukunft

22.05.2018 | Medizintechnik

Designerzellen: Künstliches Enzym kann Genschalter betätigen

22.05.2018 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics