Специалисты НИТУ МИСИС выяснили, как повысить эффективность постоянных магнитов без использования дорогостоящих редкоземельных элементов. Изучив сплав марганца, алюминия и галлия (Mn-Al-Ga), команда обнаружила внутренние дефекты структуры, которые снижают его магнитную мощность примерно на 10%. Это открытие позволит разработать новые подходы к созданию более доступных и мощных магнитов для транспорта, энергетики и электроники, говорится на сайте учебного заведения.
Сегодня лучшие постоянные магниты создаются с добавлением редкоземельных металлов (например, неодима). Однако их добыча дорога, а поставки зависят от ограниченного числа стран-производителей. Поэтому ученые по всему миру ищут альтернативы на основе более распространенных материалов. Сплав Mn-Al-Ga считается одним из самых перспективных кандидатов благодаря своей способности сохранять сильные магнитные свойства без редких элементов. Тем не менее на практике его характеристики часто оказываются ниже теоретических расчетов.
Чтобы найти причину несоответствия, российские ученые применили комплексный подход, объединив просвечивающую электронную микроскопию и компьютерное моделирование на атомном уровне. Анализ показал, что внутри быстрозакаленного сплава формируется высокая плотность линейных дефектов кристаллической решетки. Эти дефекты создают границы между участками кристалла, где нарушается порядок расположения атомов. Именно вблизи этих границ возникает антиферромагнитная связь — явление, при котором соседние атомы марганца начинают компенсировать магнитное действие друг друга.
«Мы обнаружили, что высокая плотность дефектов оказывает заметное влияние на магнитное состояние материала. Понимание этого механизма позволяет целенаправленно искать способы уменьшения количества таких дефектов или предотвращать их образование еще на этапе получения сплава», — комментирует к.т.н. Михаил Горшенков, доцент кафедры физического материаловедения, ведущий научный сотрудник центра инфраструктурного взаимодействия и партнерства MegaScience НИТУ МИСИС.
Таким образом, исследование впервые напрямую связало внутреннее строение сплава с ухудшением его свойств. Понимание этого механизма дает инженерам ключ к решению проблемы. Теперь можно целенаправленно искать способы уменьшения количества дефектов в процессе производства или разрабатывать методы обработки материала, которые будут предотвращать образование компенсационных связей. В перспективе открытие поможет создавать эффективные и доступные магниты нового поколения, избавив промышленность от зависимости от дефицитного сырья.
Ранее ученые подтвердили расчеты Фейнмана, сделанные 50 лет назад. Подробности — в другом материале Hi-Tech Mail.