Экологическая альтернатива фреонам. Российские ученые выявили новые свойства сплава на основе никеля, железа и галлия

Ученые Сибирского физико-технического института Томского государственного университета установили, что сплав NiFeGa(Co) на основе никеля, железа и галлия, легированный кобальтом и бором, имеет обратимую деформацию и повышенную пластичность при температурах от 800 до 900°С. Полученные из этого сплава заготовки любой формы могут применяться в создании твердотельных систем охлаждения, которые используются в холодильниках и тепловых насосах. Сплав может стать альтернативой фреонам. Статья об исследовании ученых ТГУ вышла в журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1).

В обществе сейчас все чаще слышен запрос об экологической альтернативе фреонам, которые используются в холодильниках. Помимо экологической безопасности, новые материалы для холодильников должны обладать высокой охлаждающей способностью в широком интервале рабочих температур и длительным сроком эксплуатации. Такими свойствами могут обладать сплавы Гейслера с памятью формы. Но практическое применение поликристаллов данных сплавов невозможно из-за их хрупкого разрушения при нагрузке. Поэтому установленный нами температурный интервал высокой пластичности у этих сплавов является важным мировым результатом.

• Елена Панченко, главный научный сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ, доктор физико-математических наук

Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ изучают сплав NiFeGa(Co), который входит в группу сплавов Гейслера, установили, что в широком диапазоне температур – от -30°С до +300°С – сплав на основе никеля, железа и галлия, легированный кобальтом и бором NiFeGa(Co) обладает эластокалорическими свойствами. То есть, под воздействием механической нагрузки специальная заготовка сначала деформируется, а после ее отмены возвращает свои исходные размеры и охлаждает прибор, в котором используется.

Область применения подобного сплава широка: это бытовые и промышленные холодильники, тепловые насосы, микроэлектронные устройства, например, микрочипы в компьютерах и мобильных телефонах.

Ученые СФТИ исследовали, как изменяется структура сплава при повышенных температурах. Испытания показали, что в диапазоне от +800°С до +900°С сплав обладает высокой пластичностью – более 80%, и при этом его легко деформировать – достаточно приложить механическую нагрузку в 50 раз меньшую, чем при комнатной температуре. Это решает ключевые моменты получения дешевых заготовок из таких сплавов с однородной структурой и позволяет исключить их растрескивание при эксплуатации.

Физики подчеркивают, что работа с поликристаллами продолжается. Они планируют изучить, насколько эластокалорический эффект в сплаве стабилен, увеличивая количество циклов механического воздействия от 100 до 1 000, а затем и до 100 000. Это позволит определить новые варианты использования сплава в различных инженерных конструкциях.

Отметим, исследования прошли при грантовой поддержке Российского научного фонда. В проекте, помимо его руководителя Елены Панченко, принимают участие сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ – кандидаты физико-математических наук Екатерина Тимофеева, Анна Ефтифеева и Никита Суриков, аспиранты и студенты ФФ и СФТИ ТГУ Аида Тохметова, Ирина Курлевская, Элеонора Янушоните, Максим Дмитриенко.

Лаборатория физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ под руководством профессора Юрия Чумлякова на протяжении многих лет занимается разработкой моно- и поликристаллов на основе сплавов железа, кобальта, никеля и других химических элементов, обладающих эффектом памяти формы. Научный коллектив лаборатории – один из мировых лидеров в данной области.

Фото на обложке: spti.tsu