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Ímãs para energia verde: pesquisadores usam ligas multicomponentes para desenvolver novos materiais magnéticos macios

Fonte

TU Darmstadt | Universidade Técnica de Darmstadt

Data

terça-feira, 16 agosto 2022 07:00

Áreas

Energia. Engenharia Ambiental. Inteligência Artificial. Nanotecnologia. Sustentabilidade. Tecnologias.

Materiais magnéticos macios (SMMs – Soft Magnetic Materials) aplicados em motores elétricos transformam energia de recursos sustentáveis em eletricidade. Os SMMs convencionais, usados atualmente na indústria, são propensos a danos sob cargas mecânicas severas. Pesquisadores do Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), da Universidade Técnica de Darmstadt (TU Darmstadt), na Alemanha, e da Central South University, na China, desenvolveram uma nova estratégia de design que aumenta a vida útil dos SMMs e abre caminho para aplicações avançadas como motores de alta velocidade. As descobertas foram publicadas na revista científica Nature.

Nanopartículas para aumentar a resistência e ductilidade

“O problema atual que estamos enfrentando em materiais magnéticos macios convencionais é a troca entre ser magnético macio, por um lado, e mecanicamente forte, por outro”, explicou Liuliu Han, pesquisador de doutorado do MPIE e primeiro autor da publicação. A maior resistência em materiais geralmente é alcançada através da implementação de características microestruturais. A introdução de nanopartículas em materiais magnéticos macios irá fixar o movimento das paredes do domínio, diminuindo assim a força de magnetização.

Os cientistas descobriram que o tamanho das nanopartículas desempenha um papel crucial tanto para a resistência mecânica e ductilidade dos ímãs quanto em seu magnetismo. “Até agora, assumia-se que nanopartículas menores interagiam menos com as paredes do domínio e, portanto, seriam preferíveis. No entanto, exatamente o oposto é verdadeiro. Implementamos partículas que estão um pouco abaixo da largura da parede do domínio. Esse engrossamento significa uma área superficial específica menor e reduz o nível de tensão interna para que as propriedades magnéticas não sejam afetadas”, disse Liuliu Han.

Sistema de liga multicomponente para ímãs macios avançados

A equipe de pesquisadores realizou essa ideia de design em um sistema de liga multicomponente, derivado do conceito de liga de alta entropia, contendo ferro, níquel, cobalto, tântalo e alumínio com propriedades multifuncionais, o que não é comum para ímãs macios convencionais visando principalmente propriedades magnéticas suaves. Além disso, os materiais baseados no novo sistema de ligas são mais fáceis de fabricar e têm uma vida útil maior do que os materiais magnéticos convencionais. “Com a ajuda de cálculos computacionais e aprendizado de máquina, agora estamos tentando encontrar maneiras de reduzir o custo da liga proposta, reduzindo a quantidade de elementos caros, como o cobalto, e encontrando substitutos com propriedades semelhantes”, disse o Dr. Fernando Maccari, pesquisador de pós-doutorado no grupo de Materiais Funcionais da TU Darmstadt e segundo autor da publicação. As propriedades magnéticas foram investigadas na TU Darmstadt, enquanto o projeto da composição e a caracterização da liga foram feitos no MPIE.

A composição da liga usada aqui serve como um sistema modelo para ligas multicomponentes. O conceito de uso de ligas multicomponentes não se limita a materiais magnéticos macios, mas é aplicável a ligas avançadas com combinações novas e incomuns de propriedades funcionais e mecânicas.

Acesse o artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Técnica de Darmstadt (em inglês).

Fonte: TU Darmstadt. Imagem: Nanopartículas são usadas nos ímãs macios avançados, que melhoram a resistência e a ductilidade sem perder as propriedades magnéticas.