Магнитный холодильник без фреона и компрессора ✛ ✎

Оригинал: "Magnetocaloric effect of Fe47.5Ni37.5Mn15 bulk and nanoparticles: A cost-efficient alloy for room temperature magnetic refrigeration"
arXiv:2410.15776 · 2024-10-21 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 1 мин
Учёные предложили дешёвый сплав для магнитного охлаждения, который работает при комнатной температуре.

Обычный холодильник сжимает газ, который вредит планете. Альтернатива — магнитное охлаждение. Внутри некоторых материалов атомы ведут себя как рой миниатюрных компасов. Включите магнит — все компасы разом повернутся в одну сторону, выделяя тепло. Выключите — стрелки вернутся в хаос, забирая тепло из окружения. Такой цикл может охлаждать без шума и вредного хладагента.

Учёные взяли легкодоступные железо, никель и марганец и отлили кусок сплава. В нём компасы дружно работают при комнатной температуре, отнимая почти 300 джоулей энергии с каждого килограмма — достаточно для бытового прибора. Затем сплав попытались превратить в нанопорошок, чтобы усилить эффект за счёт сверхминиатюрных размеров. Но лазерная обработка невольно насытила частицы углеродом. Чужеродные атомы сбили настрой компасов, и охлаждение сместилось далеко от комнатных отметок.

Главный враг магнитного холодильника — не жара, а углерод. Даже крошечная примесь ломает слаженный танец магнитных стрелок.

Вывод: дешёвые сплавы работают отлично, пока остаются цельными. Чтобы перейти к нанотехнологиям, нужны методы без углеродных загрязнений. Тихие и безопасные холодильники ближе, чем кажется, но капризы материалов не спешат открывать им дорогу.

Эффект, открытый в 1881 году, ждал своего часа больше ста лет: только дешёвые сплавы смогли вывести магнитное охлаждение из лабораторий.

В «Дюне» на Арракисе нет компрессоров — возможно, магнитные системы когда-нибудь станут такими же бесшумными и незаметными.

\Delta S_M(T,B) = \int_{B_1}^{B_2} \left( \frac{\partial M(T,B)}{\partial T} \right)_B dB
Позволяет вычислить магнитокалорический эффект из измерений намагниченности при разных температурах и полях.
D = \frac{K \lambda}{\beta \cos \theta}
Связывает ширину рентгеновского пика со средним размером кристаллитов; использовалась для проверки размера наночастиц.
Учёные
Ludwig BoltzmannRudolf ClausiusJacob BekensteinStephen HawkingJames Clerk MaxwellEdward Witten
Понятия
магнитное охлаждение магнитный переход температура Кюри нитрид алюминия закон Кюри высокотемпературная сверхпроводимость наноматериал марганец криостат эффект Кондо диспрозий катализ углеродными материалами нитрид ниобия никель тепловой эффект Холла магнитосопротивление молибден милликельвин магнитокалорический эффект эффект Мейсснера