Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Leistungsschub für Permanentmagneten

05.07.2017

Ein Forschungsteam an der TU Darmstadt hat auf atomarer Ebene untersucht, wie sich Veränderungen im Eisengehalt auf die Mikrostruktur von Samarium-Kobalt-Magneten auswirken. Die Ergebnisse wurden jetzt in „Nature Communications“ veröffentlicht und könnten langfristig zur Entwicklung von Permanentmagneten mit verbesserter Leistung genutzt werden. Solche Magneten finden sich beispielsweise in Mikrowellen, Gyroskopen oder Satelliten-Steuerungen.

Obwohl Samarium-Kobalt-Magneten (Sm2Co17-Magneten), eine Art von Seltenerd-Permanentmagneten, bereits in den frühen 1960er Jahren entdeckt wurden, wurde der ihren Eigenschaften zugrunde liegende Domänenwand-Pinning-Mechanismus lange nicht verstanden.


Zwei der beteiligten Forscher: Leopoldo Molina-Luna (l.) und Michael Dürrschnabel arbeiten am aberrationskorrigierten Rastertransmissionselektronenmikroskop. Bild: Felipe Fernandes

Die Darmstädter Forscherinnen und Forscher konnten zeigen, dass der Eisengehalt die Ausbildung einer diamantförmigen Zellstruktur steuert, welche die Dichte und Stärke der Domänenwand-Pinning-Zentren und damit die Koerzitivfeldstärke, also gleichsam die „Widerstandskraft“ gegen Entmagnetisierung, dominiert.

Durch die Verwendung eines aberrationskorrigierten Rastertransmissionselektronenmikroskops mit atomarer Auflösung in Kombination mit mikromagnetischen Simulationen konnten die Autorinnen und Autoren der Nature-Communications-Veröffentlichung erstmals die Atomstruktur der einzelnen Phasen aufdecken sowie eine direkte Korrelation zu den makroskopischen magnetischen Eigenschaften herstellen. Im Hinblick auf zukünftige Entwicklungen kann dieses Wissen zur Herstellung von Samarium-Kobalt-Permanentmagneten mit verbesserter magnetischer Leistung angewendet werden.

Pinning-dominierte Permanentmagnete, die bei Temperaturen über 100 Grad Celsius stabil arbeiten können, steigern die Leistungsfähigkeit von magnetbasierten industriellen Anwendungen. Dazu gehören Mikrowellenröhren, Gyroskope und Beschleunigungsmesser, Reaktions- und Impulsräder zum Beispiel zur Steuerung und Stabilisierung von Satelliten, Magnetlagern, Sensoren und Aktoren.

Sm2(Co, Fe, Cu, Zr)17 ist ein wichtiges industriell verwendetes Materialsystem, da es sowohl eine hohe Curie-Temperatur als auch eine hohe magnetokristalline Anisotropie besitzt. Im Gegensatz zu nukleationsgesteuerten Nd-Fe-B-basierten Permanentmagneten behält der Sm2Co17-Typ bei hohen Temperaturen seine hervorragenden magnetischen Eigenschaften bei.

Um hohe magnetische Leistungen zu erhalten, ist es zum einen notwendig, die Syntheseparameter bei der Herstellung präzise zu steuern und zum anderen die atomare Struktur und das Verhalten der beteiligten Phasen gründlich zu verstehen.

Eine höhere Sättigungsmagnetisierung, die durch einen erhöhten Eisengehalt erreicht wird, ist für die Erreichung größerer Energieprodukte in diesen Seltenerd-Permanentmagneten von wesentlicher Bedeutung. Das Darmstädter Forschungsteam entwickelte Sm2Co17-Modellmagneten mit einem erhöhten Eisengehalt.

Eine chemische Modifikation durch Zugabe von Eisen, Kupfer und Zirconium erzeugt eine besondere Nanostruktur. Dr. Leopoldo Molina-Luna, der die Untersuchung als verantwortlicher Autor koordinierte, stellte die Forschungsergebnisse auf der „Nature Conference on Electron Microscopy for Materials – The Next Ten Years“ (24. bis 27. Mai) an der Zhejiang University in Hangzhou, China, vor. Diese Konferenz brachte führende Experten auf dem Gebiet der Elektronenmikroskopie für die Materialwissenschaft zusammen.

Anschlussforschung für bessere Magnetleistung

Weitere Untersuchungen an der TU Darmstadt zu diesem Materialsystem werden temperaturabhängige Studien mit einem kürzlich erworbenen DENSsolutions mikroelektromechanischen System (MEMS) chip-basierten TEM In-situ-Halter beinhalten. Eine Vision der Wissenschaftler an der TU Darmstadt ist es, durch die Umsetzung dieses State-of-the-Art-Setups in Kombination mit fortschrittlichen Simulationstechniken die Mechanismen, welche zu einer verbesserten magnetischen Leistung bei Sm2Co17-basierten und verwandten Permanentmagneten führen, weiter zu untersuchen.

Dies würde einen großen Durchbruch auf diesem Gebiet darstellen. Darüber hinaus sind spezielle ortsspezifische Elektronenenergieverlustmessungen in Zusammenarbeit mit Kollegen aus dem Beijing National Center für Elektronenmikroskopie geplant, welche den magnetischen chiralen Dichroismus als Basis für eine quantitative, lokale Bestimmung der Magneteigenschaften verwenden.

Die in „Nature Communications“ veröffentlichten Ergebnisse wurden im Rahmen des LOEWE-Forschungsschwerpunktes RESPONSE (Ressourcenschonende Permanentmagnete durch optimierte Nutzung Seltener Erden), der von Prof. Dr. Oliver Gutfleisch koordiniert wird, gewonnen. Der Schwerpunkt umfasst die Fachbereiche Material- und Geowissenschaften, Chemie und Maschinenbau und zielt darauf ab, den Einsatz von Seltenerd-Permanentmagneten zu optimieren.


Die Publikation
„Atomic structure and domain wall pinning in samarium-cobalt based permanent magnets“. M. Duerrschnabel, M. Yi, K. Uestuener, M. Liesegang, M. Katter, H.-J. Kleebe, B. Xu, O. Gutfleisch and L. Molina-Luna.
doi:10.1038/s41467-017-00059-9

http://www.nature.com/articles/s41467-017-00059-9

Internet:
http://www.response.tu-darmstadt.de/response/index.de.jsp

Kontakt:
Technische Universität Darmstadt
Fachbereich Material- und Geowissenschaften
Dr. Leopoldo Molina-Luna
Telefon: + 49 (0) 6151/16-22309
E-Mail: molina@geo.tu-darmstadt.de

MI-Nr. 59/2017, Molina-Luna/sip

Marina Pabst | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.tu-darmstadt.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Neue Oberflächeneigenschaften für holzbasierte Werkstoffe
14.08.2018 | INNOVENT e.V. Technologieentwicklung Jena

nachricht Europaweit einzigartiges Forschungszentrum geht an den Start
14.08.2018 | Technische Universität Chemnitz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

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

Macht Sinn: Fraunhofer entwickelt Sensorsystem für KMU

15.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

15.08.2018 | Informationstechnologie

FKIE-Wissenschaftler präsentiert neuen Ansatz zur Detektion von Malware-Daten in Bilddateien

15.08.2018 | Informationstechnologie

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