Mejores imanes para la energía verde
Los investigadores utilizan aleaciones multicomponentes para fabricar materiales magnéticos blandos fuertes y dúctiles
Los materiales magnéticos blandos (SMM) aplicados en los motores eléctricos transforman la energía de recursos sostenibles en electricidad. Los SMM convencionales, que se utilizan actualmente en la industria, son propensos a dañarse bajo fuertes cargas mecánicas. Investigadores del Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), la Universidad Técnica de Darmstadt y la Universidad Central del Sur (China) han desarrollado una nueva estrategia de diseño que aumenta la vida útil de los SMM y allana el camino para aplicaciones avanzadas como los motores de alta velocidad. Han publicado sus hallazgos en la revista Nature.
Hacer más dúctiles y resistentes los materiales magnéticos blandos mediante nanopartículas
Tianyi You, Max-Planck-Institut für Eisenforschung GmbH
Introducción de nanopartículas para aumentar la resistencia y la ductilidad
"El problema actual al que nos enfrentamos en los materiales magnéticos blandos convencionales es la disyuntiva entre ser blandos desde el punto de vista magnético, por un lado, y fuertes desde el punto de vista mecánico, por otro", explica Liuliu Han, investigador doctoral del MPIE y primer autor de la publicación. La mayor resistencia de los materiales suele lograrse mediante la aplicación de características microestructurales como precipitaciones y defectos. Según el estado de la técnica, la introducción de estas nanopartículas en los materiales magnéticos blandos fijará el movimiento de las paredes de los dominios y, por tanto, disminuirá la fuerza de magnetización. Los científicos descubrieron que el tamaño de las nanopartículas desempeña un papel crucial tanto para la resistencia mecánica y la ductilidad de los imanes como para su magnetismo. "Hasta ahora se suponía que las nanopartículas más pequeñas interactuaban menos con las paredes del dominio y, por tanto, eran preferibles. Sin embargo, es todo lo contrario. Hemos implementado partículas que están ligeramente por debajo de la anchura de la pared del dominio. Este engrosamiento se traduce en una menor superficie específica y reduce el nivel de tensión interna, de modo que las propiedades magnéticas no se ven afectadas", afirma Han.
Sistema de aleación multicomponente para imanes blandos avanzados
El equipo de investigadores materializó esta idea de diseño en un sistema de aleación multicomponente, derivado del concepto de aleación de alta entropía, que contiene hierro, níquel, cobalto, tantalio y aluminio con propiedades multifuncionales, lo que no es habitual en los imanes blandos convencionales que tienen como objetivo principal las propiedades magnéticas blandas. Además, los materiales basados en el nuevo sistema de aleación son más fáciles de fabricar y tienen una mayor vida útil que los materiales magnéticos convencionales. "Con la ayuda de los cálculos computacionales y el aprendizaje automático, ahora estamos tratando de encontrar formas de reducir el coste de la aleación propuesta mediante la reducción de la cantidad de los elementos caros que la componen, como el cobalto, y la búsqueda de sustitutos con propiedades similares", dice el Dr. Fernando Maccari, investigador postdoctoral en el grupo de Materiales Funcionales de TU Darmstadt y segundo autor de la publicación. Las propiedades magnéticas se investigaron en la TU Darmstadt, mientras que el diseño de la composición y la caracterización de la aleación se realizaron en el MPIE.
La composición de la aleación utilizada aquí sirve como sistema modelo para las aleaciones multicomponentes. El concepto de utilizar aleaciones multicomponentes no se limita a los materiales magnéticos blandos, sino que es aplicable a aleaciones avanzadas con combinaciones nuevas e inusuales de propiedades funcionales y mecánicas.
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