Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Silicon-Chip "ersetzt" seltene Erden

28.02.2011
Seltene Erden sind teuer - und fixer Bestandteil von Hochleistungsmagneten. Ihre Verwendung für diesen Zweck lässt sich optimieren und damit reduzieren.

Das belegen Computersimulationen eines vom Wissenschaftsfonds FWF unterstützten Spezialforschungsbereiches. Die morgen in den USA vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass es bei solchen Magneten lokale Verformungen im Kristallgitter des Materials geben kann. Diese liegen besonders an der Grenze von Materialkörnchen. An diesen Stellen, so Berechnungen der Fachhochschule St. Pölten, wird die Magnetkraft des Materials geschwächt. Optimierungen der Materialstruktur könnten das vermeiden und zum Einsparen von Seltenen Erden beitragen.


Computersimulationen decken Materialstörungen in Seltenen Erden auf. Dadurch kann der Einsatz der speziellen Materialien optimiert werden. Quelle: Thomas Schrefl

Mit 150.000 Tonnen Jahresproduktion sind Seltene Erden gar nicht so selten. Tatsächlich sind sie eher schwer zu gewinnen, als dass sie wirklich selten sind. Einem Lieferengpass steht ein global rasant wachsender Bedarf gegenüber. Denn dank ihrer besonderen chemischen Eigenschaften sind Seltene Erden gesuchte Rohstoffe für die moderne Umwelttechnologie. Ein guter Grund für den Hauptexporteur, die Volksrepublik China, die Ausfuhr zu reduzieren - und für andere Länder, ihre Verwendung zu optimieren. Einen wesentlichen Beitrag dazu können High-End-Computersimulationen leisten, wie Berechnungen der Fachhochschule St. Pölten im Rahmen eines FWF-Spezialforschungsbereiches (SFB) zeigen. Diese werden morgen auf der Jahrestagung der amerikanischen "Minerals, Metals & Materials Society" in San Diego, Kalifornien, erstmals vorgestellt.

KRISE IM KRISTALL
Das Team an der FH St. Pölten studierte dafür die genaue Struktur von Neodym-Magneten. Neben der Seltenen Erde Neodym bestehen diese aus den Elementen Eisen und Bor. Zu den aktuellen Ergebnissen meint der Leiter des Studiengangs Industrial Simulations, Prof. Dr.Thomas Schrefl: "Unsere Simulationen zeigen Störungen der Kristallstruktur in Neodym-Magneten. Diese Störungen führen dazu, dass sich die Ausrichtung der Magnetisierung an dieser Stelle ändert. In einem sogenannten anisotropen Magneten wie dem Neodym-Magneten, in dem alle Teilchen dieselbe Ausrichtung der Magnetisierung haben sollen, schwächt das insgesamt die Leistung des Magneten." Die Simulationen des Teams zeigten, dass solche Störungen an den Grenzflächen der einzelnen Materialkörnchen insbesondere dann auftreten, wenn drei verschiedene Körner aufeinander treffen. An diesen Triplejunctions bildet sich ein nichtmagnetischer Einschluss. In dessen Nähe ist das Kristallgitter gestört. Gleichzeitig wirkt ein hohes entmagnetisierendes Feld, das den Magneten zusätzlich schwächt.

Gefunden wurden diese Störungen durch Simulationen mikromagnetischen Materialverhaltens über mehrere Größendimensionen hinweg: vom atomaren bis zum sichtbaren Größenbereich. Herkömmliche Simulationsverfahren konnten diese Spannweite bisher nicht abdecken. Erst die Kombination einzelner mathematischer Berechnungsmethoden, wie schnelle Randelementeverfahren und Tensorgrid-Methoden, zur Berechnung der magnetischen Felder machten dies möglich. Eine Entwicklung, die das Team um Prof. Schrefl im Rahmen des SFB ViCoM - Vienna Computational Materials Laboratory leisten konnte.

ZUSAMMENHALT DURCH BEWEGUNG
Der Sprecher des SFB, Prof. DI Dr. Georg Kresse vom Bereich Computational Materials Physics der Universität Wien, meint zu den Zielen des SFB: "Unser Ziel ist es, die korrelierte Bewegung von Elektronen genauer zu beschreiben. Diese elektronische Korrelation ist für den Zusammenhalt von Festkörpern und Molekülen hauptverantwortlich. Eine genaue Beschreibung ist daher wichtig, um die mechanischen, elektronischen und optischen Eigenschaften von Materialien präzise vorherzusagen."

In insgesamt zwölf Projektgruppen sind dabei über 50 ForscherInnen mit der Beschreibung von Materialeigenschaften befasst, die große Bedeutung für zahlreiche Zukunftstechnologien haben. Dazu zählen die Mikroelektronik genauso wie die Solartechnologie und Polymerherstellung. Aber auch zur Optimierung magnetischer und magneto-optischer Speicher sowie von Hochleistungsmagneten für Elektroautos oder Windturbinen leistet der SFB einen zukunftsweisenden Beitrag. Die Bedeutung der Arbeiten in diesem SFB des FWF reichen dabei durchaus über das rein Wissenschaftliche hinaus - wie die jüngsten Diskussionen um die Verfügbarkeit und strategische Bedeutung Seltener Erden zeigen. Ein überzeugender Beleg dafür, dass Erkenntnisse der Grundlagenforschung unvorhergesehen und rasch an Bedeutung gewinnen können.

Wissenschaftlicher Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Schrefl
Fachhochschule St. Pölten
Matthias Corvinus-Str. 15
3100 St. Pölten
T +43 / 2742 / 313 228 - 313
E thomas.schrefl@fhstp.ac.at
W http://www.fhstp.ac.at
Der Wissenschaftsfonds FWF:
Mag. Stefan Bernhardt
Haus der Forschung
Sensengasse 1
1090 Wien
T +43 / 1 / 505 67 40 - 8111
E stefan.bernhardt@fwf.ac.at
W http://www.fwf.ac.at
Redaktion & Aussendung:
PR&D - Public Relations für
Forschung & Bildung
Mariannengasse 8
1090 Wien
T +43 / 1 / 505 70 44
E contact@prd.at
W http://www.prd.at

Raphaela Spadt | PR&D
Weitere Informationen:
http://www.fwf.ac.at
http://www.fhstp.ac.at

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Der überraschend schnelle Fall des Felix Baumgartner
14.12.2017 | Technische Universität München

nachricht Eine blühende Sternentstehungsregion
14.12.2017 | ESO Science Outreach Network - Haus der Astronomie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik