Быстрое развитие технологий предъявляет повышенные требования к промышленным отраслям, вынуждая ученых искать альтернативы классическим методам парокомпрессионного охлаждения, основанным на применении опасных для атмосферы фреонов. Фреоны негативно влияют на озоновый слой, усиливают процесс глобального потепления и отличаются высоким уровнем потребления энергии, говорится на сайте Томского государственного университета.
Хорошей альтернативой выступает твердотельный эластокалорический метод охлаждения. Здесь рабочий элемент сначала подвергается деформации под действием механического напряжения, а затем, возвращаясь в исходное состояние, охлаждается за счет выделения тепла, вызванного изменением структуры материала при растяжениях или сжатиях. Такая технология экологически безопасна, обладает высокой эффективностью и легко реализуется на практике.
Наиболее перспективными материалами для эластокалорического охлаждения выступают сплавы Гейслера состава «никель-железо-галлий-кобальт» [NiFeGa(Co)]. Благодаря уникальным функциональным свойствам, таким как память формы и сверхэластичность, они широко применяются в роли эффективных приводов, датчиков и демпферов. Экспериментальные исследования отечественных специалистов продемонстрировали ряд преимуществ сплавов NiFeGa(Co): значительный и устойчивый эластокалорический эффект, обеспечивающий эффективное охлаждение вплоть до высоких температур порядка 300 °С, отличную устойчивость к многократным нагрузкам (до 105 циклов) и высокую эффективность охладительных процессов.
По словам эксепртов, в результате работы над проектом впервые удалось достичь значительного эффекта охлаждения на поликристаллах сплава NiFeGaCoB в широком температурном диапазоне до 125 °C с максимальным снижением температуры до 9,4 °C. Ранее подобные характеристики наблюдались только у монокристаллов указанных сплавов.
«Этих результатов удалось добиться за счет комплексной оптимизации структуры поликристаллов. Она включает микролегирование бором — то есть добавление легирующего элемента в очень малом количестве. К примеру, в нашем сплаве содержание бора составляет всего 0,3%. Также в полученном материале была сформирована текстура, при которой зерна ориентированы вдоль определенного направления, позволяющего получить необходимые параметры эластокалорического эффекта», — комментирует подробности инженер-исследователь лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ Ирина Стешенко.
Помимо прочего, ученые впервые опубликовали результаты использования на поликристаллах специального метода термомеханической обработки — старения в мартенсите под нагрузкой. Данная процедура уменьшает гистерезис и механические напряжения в процессе эксплуатации, что сокращает энергетические потери и облегчает конструктивное исполнение устройств типа тепловых насосов и твердотельных холодильников. Полученные выводы послужат базой для разработки предложений по усовершенствованию структуры поликристаллических материалов, оптимизированных для высокоэффективного эластокалорического охлаждения.
Ранее физики открыли увлекательный мир «вращающихся кристаллов». Кристаллические образования, которые скручиваются, распадаются на фрагменты и собираются заново, могут стать ключом к созданию материалов будущего.
