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 Forscher sorgen mit ungewöhnlicher Studie über Edelgase international für Aufmerksamkeit
26.06.2017 | Universität Bremen

nachricht NAWI Graz-Forschende vermessen Lichtfelder erstmals in 3D
26.06.2017 | Technische Universität Graz

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: Vorbild Delfinhaut: Elastisches Material vermindert Reibungswiderstand bei Schiffen

Für eine elegante und ökonomische Fortbewegung im Wasser geben Delfine den Wissenschaftlern ein exzellentes Vorbild. Die flinken Säuger erzielen erstaunliche Schwimmleistungen, deren Ursachen einerseits in der Körperform und andererseits in den elastischen Eigenschaften ihrer Haut zu finden sind. Letzteres Phänomen ist bereits seit Mitte des vorigen Jahrhunderts bekannt, konnte aber bislang nicht erfolgreich auf technische Anwendungen übertragen werden. Experten des Fraunhofer IFAM und der HSVA GmbH haben nun gemeinsam mit zwei weiteren Forschungspartnern eine Oberflächenbeschichtung entwickelt, die ähnlich wie die Delfinhaut den Strömungswiderstand im Wasser messbar verringert.

Delfine haben eine glatte Haut mit einer darunter liegenden dicken, nachgiebigen Speckschicht. Diese speziellen Hauteigenschaften führen zu einer signifikanten...

Im Focus: Kaltes Wasser: Und es bewegt sich doch!

Bei minus 150 Grad Celsius flüssiges Wasser beobachten, das beherrschen Chemiker der Universität Innsbruck. Nun haben sie gemeinsam mit Forschern in Schweden und Deutschland experimentell nachgewiesen, dass zwei unterschiedliche Formen von Wasser existieren, die sich in Struktur und Dichte stark unterscheiden.

Die Wissenschaft sucht seit langem nach dem Grund, warum ausgerechnet Wasser das Molekül des Lebens ist. Mit ausgefeilten Techniken gelingt es Forschern am...

Im Focus: Hyperspektrale Bildgebung zur 100%-Inspektion von Oberflächen und Schichten

„Mehr sehen, als das Auge erlaubt“, das ist ein Anspruch, dem die Hyperspektrale Bildgebung (HSI) gerecht wird. Die neue Kameratechnologie ermöglicht, Licht nicht nur ortsaufgelöst, sondern simultan auch spektral aufgelöst aufzuzeichnen. Das bedeutet, dass zur Informationsgewinnung nicht nur herkömmlich drei spektrale Bänder (RGB), sondern bis zu eintausend genutzt werden.

Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt eine integrierte HSI-Lösung, die das Potenzial der HSI-Technologie in zuverlässige Hard- und Software überführt und für...

Im Focus: Can we see monkeys from space? Emerging technologies to map biodiversity

An international team of scientists has proposed a new multi-disciplinary approach in which an array of new technologies will allow us to map biodiversity and the risks that wildlife is facing at the scale of whole landscapes. The findings are published in Nature Ecology and Evolution. This international research is led by the Kunming Institute of Zoology from China, University of East Anglia, University of Leicester and the Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research.

Using a combination of satellite and ground data, the team proposes that it is now possible to map biodiversity with an accuracy that has not been previously...

Im Focus: Klima-Satellit: Mit robuster Lasertechnik Methan auf der Spur

Hitzewellen in der Arktis, längere Vegetationsperioden in Europa, schwere Überschwemmungen in Westafrika – mit Hilfe des deutsch-französischen Satelliten MERLIN wollen Wissenschaftler ab 2021 die Emissionen des Treibhausgases Methan auf der Erde erforschen. Möglich macht das ein neues robustes Lasersystem des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnologie ILT in Aachen, das eine bisher unerreichte Messgenauigkeit erzielt.

Methan entsteht unter anderem bei Fäulnisprozessen. Es ist 25-mal wirksamer als das klimaschädliche Kohlendioxid, kommt in der Erdatmosphäre aber lange nicht...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zu aktuellen Fragen der Stammzellforschung

27.06.2017 | Veranstaltungen

Fraunhofer FKIE ist Gastgeber für internationale Experten Digitaler Mensch-Modelle

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Mainzer Physiker gewinnen neue Erkenntnisse über Nanosysteme mit kugelförmigen Einschränkungen

27.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wave Trophy 2017: Doppelsieg für die beiden Teams von Phoenix Contact

27.06.2017 | Unternehmensmeldung

Warnsystem KATWARN startet international vernetzten Betrieb

27.06.2017 | Informationstechnologie