вторник, 27 сентября 2022
На Урале улучшили и удешевили материал для космоса

Народный репортер

Напишите нам

Россия / НаукаRSS

На Урале улучшили и удешевили материал для космоса

На Урале улучшили и удешевили материал для космоса

18 августа 2022 10:09    Просмотров: 2707

Исследователи УрФУ и Института физики металлов УрО РАН улучшили свойства магнитострикционного материала (соединение тербия и железа), который перспективен для использования в генераторах мощного звука и ультразвука, сенсорах магнитного поля и электрического тока, а также актуаторах — небольших приборах для микроперемещений тяжелых предметов. Главным преимуществом усовершенствованного материала является то, что он устойчив к экстремально низким температурам (до -190 °С). То есть устройства, созданные на его основе, могут пригодиться в космосе. Статья ученых опубликована в журнале Journal of Alloys and Compounds.

Соединение тербия и железа (феррит тербия) — известный магнитострикционный материал. Магнитострикция — это эффект, при котором материал во внешнем магнитном поле меняет свой размер и форму. Данное свойство активно используется в различных устройствах, в том числе в магнитострикционных актуаторах. С помощью таких приборов можно очень точно управлять движением каких-либо технических элементов, например, двигать линзы в оптических приборах. Также эффект магнитострикции способен проявляться под высокими нагрузками. Так, с помощью магнитострикции можно перемещать многотонные зеркала космического телескопа без серьезных усилий.

Однако соединение имеет два недостатка, которые ограничивают его активное применение. Первый — это небольшой диапазон температур, при котором соединение проявляет свои свойства. Ученые решили эту проблему. Они выяснили, что расширить интервал и сделать материал пригодным для применения в условиях экстремально низких температур позволит добавление (легирование) марганца.

«В нашем соединении значение магнитострикции при температуре жидкого азота (примерно -193°С) на четверть выше, чем у исходного. Это может быть полезно в устройствах, применяемых в условиях Крайнего Севера и даже, например, на Марсе, где такая температура является атмосферной. Используемые там устройства для настройки оптики, телескопов и датчиков могут быть усовершенствованы с помощью нашего соединения. Они позволят сохранить точность отладки приборов в условиях перепада температур, который характерен для Марса. При этом при комнатной температуре наше соединение сохраняет магнитострикцию, не уступающую исходному ферриту тербия», — поясняет соавтор исследования младший научный сотрудник Института физики металлов УрО РАН Александр Барташевич.

Второе ограничение связано с тем, что добиться высоких значений магнитострикции в феррите тербия возможно только в магнитном поле большем, чем может создать простейший недорогой электромагнит. Ученые подчеркивают, что марганец уменьшает размер требуемого магнитного поля для получения высоких значений магнитострикции.

«Напряженность магнитного поля, требуемая для проявления свойств материала, изменяется в эрстедах. Так вот, если исходному соединению тербия и железа для проявления магнитострикции требовалось магнитное поле более чем 20 килоэрстед, то наше соединение способно показывать хорошие результаты при магнитном поле, равном 18. Это позволяет уменьшить электропотребление устройств, в основе которых будет наше соединение. Замещение тербия на марганец также позволяет снизить цену производства самого соединения, поскольку редкоземельные металлы стоят дороже, чем марганец», — добавляет старший научный сотрудник отдела магнетизма твердых тел, доцент кафедры магнетизма и магнитных наноматериалов УрФУ Никита Кулеш.

Ученые отмечают, что они впервые заместили редкоземельный тербий на нередкоземельный марганец. Ранее тербий в соединении замещали на диспрозий, редкоземельный металл, который улучшал свойства соединения, но не удешевлял его производство.

Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России (темы «Магнит» и «Сплавы»), а также при частичной поддержке РФФИ (проект № 20–42–660008) и правительства Свердловской области.

Напомним, создание новых материалов в УрФУ ведется при поддержке Минобрануки России по программе «Приоритет – 2030». Одним из приоритетных направлений исследований в вузе является создание материалов и технологий для магнитной сенсорики, хиральной спинтроники, магнитомикроэлектроники и медицины, сверхчувствительных высокоселективных материалов-преобразователей энергии и радиационных полей для детекторной техники и фотоники, органических и гибридных материалов для диагностики и терапии социально-значимых заболеваний.

Справка: Магнитострикционные материалы находят широкое применение в генераторах и приемниках ультразвука. Например, с помощью ультразвуковой обработки можно очищать нефтяные скважины, тем самым повышая качество и количество добываемой нефти. А также в сенсорах магнитного поля и электрического тока, устройствах активной виброзащиты, магнитоэлектрических преобразователях энергии, датчиках деформаций, актуаторах и т. д.

Магнитострикционные актуаторы — это специальные короткоходные линейные приводы. В основе принципа их действия лежит магнитострикционный эффект, то есть изменение микроструктуры и линейных размеров вещества под воздействием магнитного поля. Линейное перемещение магнитострикционного актуатора осуществляется за счет изменения формы материала, что обеспечивает высочайшую жесткость. Магнитострикционные материалы не деградируют со временем и не боятся перегрева, при остывании они восстанавливают свои свойства. Однако они требуют высокой напряженности магнитного поля, поэтому актуаторы на их основе потребляют большой ток. Важным преимуществом магнитострикционных актуаторов является высокая скорость непрерывной циклической работы.

Области применения магнитострикционных актуаторов определяются их особенностями — малой длиной хода и высоким быстродействием. Поэтому они используются для линейных перемещений, например, в оборудовании для нефтегазовой отрасли, автоматических шумоподавителях и виброгасителях, системах очистки распылителей и вибрационных экранов. Перспективными областями применения являются медицинское оборудование и аэрокосмическая отрасль.
Я рекомендую 0 + Поделиться
Нравится

Самое интересное

Комментарии

Другие новости

19 сентября 2022 13:31

Президентская библиотека приглашает школьников и студентов к участию в интерактивной олимпиаде

Соревнование будет проходить с 21 сентября 2022 года по 17 марта 2023 года по отдельным предметам - истории, обществознанию и русскому языку. К участию приглашаются ученики 10-11-х классов, а также студенты, осваивающие образовательные программы среднего профессионального образования в области искусств, из России и зарубежных стран.

30 августа 2022 11:16

Фонд «Сколково» приглашает школы Свердловской области побороться за звание лидеров цифровизации образования

В России стартовал конкурс «Лучшие цифровые практики в школьном образовании», организованный образовательной платформой «Дневник.ру» – выпускником Фонда «Сколково». Официальными партнерами в этом году выступают АНО «Цифровая экономика» и Инновационный центр «Сколково».

О стране

Российская Федерация (Россия) - страна в восточной Европе и северной Азии. Россия – правопреемник Союза Советских Социалистических Республик (СССР), который перестал существовать 26 декабря 1991. Имеет федеративное устройство.

В состав России входят 89 субъектов Федерации:

21 республика: Адыгея, Алтай, Башкортостан, Бурятия, Дагестан, Ингушская, Кабардино-Балкарская, Калмыкия, Карачаево-Черкесская, Карелия, Коми, Марий Эл, Мордовия, Саха (Якутия), Северная Осетия, Татарстан, Тува, Удмуртская, Хакассия, Чеченская, Чувашская.
1 автономная область: Еврейская.
10 автономных округов: Агинский Бурятский, Коми-Пермяцкий, Корякский, Ненецкий, Таймырский (Долгано-Ненецкий), Усть-Ордынский Бурятский, Ханты-Мансийский, Чукотский, Эвенкийский, Ямало-Ненецкий.
6 краев: Алтайский, Краснодарский, Красноярский, Приморский, Ставропольский, Хабаровский.
И 49 областей.

Столица – Москва.

Государственный строй

Россия — федеративная республика.
Глава государства: Президент, избираемый на основе всеобщих выборов на 4 года.
Глава правительства: Председатель правительства (премьер-министр.
Законодательная власть: двухпалатное Федеральное Собрание (Государственная Дума из 450 депутатов, избираемых на 4 года. А так же Совет Федерации из 178 членов, по 2 представителя от каждого субъекта Федерации).

Территория России составляет 17 075 400 кв. км.

Официальный (государственный) язык на всей территории Российской Федерации - русский. Народам Российской Федерации гарантируется право на сохранение родного языка.

Денежная единица — рубль

Среди религиозных конфессий самой многочисленной является православная, жители многонациональной России исповедуют также ислам, католицизм, иудаизм, буддизм.