Les scientifiques de Nitu MISIS ont découvert comment améliorer l'efficacité des aimants permanents sans utiliser de terres rares coûteuses. En examinant un alliage prometteur à base de manganèse, d'aluminium et de gallium, ils ont découvert les caractéristiques de sa structure interne qui réduisent les caractéristiques magnétiques du matériau d'environ 10%.
Les résultats aideront à développer de nouvelles approches pour créer des aimants plus puissants et plus abordables pour l'énergie, le transport et l'industrie électronique, a déclaré le service de presse de l'Université.
Les aimants permanents sont utilisés dans les moteurs électriques, les générateurs, les capteurs et autres appareils. Aujourd'hui, les meilleures caractéristiques sont fournies par les matériaux contenant des éléments de terres rares, mais leur production est associée à un coût élevé et dépend de ressources limitées. Par conséquent, partout dans le monde, ils recherchent activement des alternatives basées sur des métaux plus abordables. L'un des candidats prometteurs est l'alliage de manganèse, d'aluminium et de gallium. Il est capable de conserver de fortes propriétés magnétiques sans utiliser d'éléments de terres rares, mais dans la pratique, ses caractéristiques sont souvent inférieures aux estimations.
Pour en déterminer la cause, les chercheurs de Nitu MISIS ont étudié l'alliage Mn-Al-Ga à trempage rapide à l'aide de la microscopie électronique à transmission et de la modélisation informatique au niveau atomique (calculs primitifs). L'analyse a montré qu'un grand nombre de défauts linéaires du réseau cristallin se forment à l'intérieur du matériau. Ils forment des limites entre les parties du cristal, où l'ordre d'origine des atomes est perturbé.
Les scientifiques ont établi que c'est près de ces limites qu'une liaison antiferromagnétique se produit entre les atomes de manganèse. En conséquence, une partie des atomes commence à compenser l'action magnétique de l'autre, ce qui entraîne une diminution de l'aimantation globale du matériau. De tels défauts peuvent réduire des caractéristiques telles que l'aimantation de saturation d'environ 10%. Ainsi, pour la première fois, les chercheurs ont réussi à relier directement les caractéristiques de la structure interne de l'alliage à la détérioration de ses propriétés magnétiques.
«Nous avons constaté que la densité élevée de défauts avait un effet notable sur l'état magnétique du matériau. La compréhension de ce mécanisme permet de rechercher délibérément des moyens de réduire le nombre de tels défauts ou d'empêcher leur formation au stade de la production de l'alliage», a déclaré Mikhail gorshenkov, professeur adjoint de science des matériaux physiques, chercheur principal au centre d'interaction et de partenariat d'infrastructure MegaScience Nitu MISIS.
Les résultats de l'étude ouvrent de nouvelles possibilités d'amélioration des matériaux magnétiques à base de manganèse. À l'avenir, cela permettra de créer des aimants plus efficaces et plus abordables pour l'énergie, le transport et l'industrie électronique sans utiliser de terres rares rares.
Le travail a été réalisé avec le soutien de la Fondation scientifique Russe. L'étude est publiée dans la revue scientifique Journal of Alloys and Compounds (Q1).
L'étude est conforme à l'objectif stratégique de l'Université MISIS dans le cadre du programme «Priorité 2030»: développer des produits technologiques de classe mondiale recherchés.