Примена NdFeB магнета у технологији магнетног хлађења и тренутна техничка уска грла

Примена NdFeB магнета у магнетној расхладној технологији

Генерисање јаких магнетних поља

NdFeB магнети поседују веома висок магнетни енергетски производ, што им омогућава да генеришу јака магнетна поља. У магнетним расхладним системима, јако и стабилно магнетно поље је неопходно за индуковање значајног магнетокалоричног ефекта у магнетокалоричним материјалима. На пример, перманентни магнети типа NdFeB коришћени су за генерисање максималног магнетног поља од 0,9 Т у ваздушном зазору на максималној температури распона од 11 К. Ово јако магнетно поље може изазвати значајну промену температуре у магнетокалоричном материјалу, омогућавајући ефикасан пренос топлоте и хлађење.

Компактан дизајн и висока густина снаге

Висока магнетна јачина NdFeB магнета омогућава пројектовање компактних магнетних система за хлађење. У поређењу са другим врстама магнета, NdFeB магнети могу да произведу исто магнетно поље са мањом запремином и тежином. Ово је посебно погодно за магнетне фрижидере на собној температури, где је простор често ограничен. Компактни дизајн такође доводи до веће густине снаге, што значи да се може постићи већи капацитет хлађења унутар дате запремине, што технологију чини практичнијом за примене у стварном свету.

Рециклажа и одрживост

Постоји све веће интересовање за коришћење рециклираних NdFeB магнета у магнетним системима за хлађење. Рециклирање NdFeB магнета не само да смањује утицај на животну средину повезан са рударством и прерадом ретких земних елемената, већ и помаже у смањењу трошкова технологије магнетног хлађења. Магнетни уређај за хлађење је направљен коришћењем рециклираних NdFeB магнета и “бесплатни ретки земни елементи” магнетокалорични материјал La-Fe-Si, демонстрирајући изводљивост зеленог магнетног хлађења. Оптимизацијом магнета и њихове геометрије могуће је додатно смањити еколошки отисак магнетних расхладних система.

Тренутна техничка уска грла

Јачина и униформност магнетног поља

Иако NdFeB магнети могу генерисати јака магнетна поља, постизање веома униформног магнетног поља на великој радној запремини остаје изазов. У магнетним расхладним системима, једнообразно магнетно поље је кључно за осигуравање да сви делови магнетнокалоричног материјала доживе исту промену магнетног поља, што је неопходно за ефикасно и конзистентно хлађење. Неуједначена магнетна поља могу довести до локалних варијација магнетокалоричног ефекта, смањујући укупну ефикасност хлађења система. Да би решили овај проблем, истраживачи истражују напредне дизајне магнета, као што су Халбахови низови, који могу побољшати униформност магнетног поља у одређеним регионима.

Температурна стабилност NdFeB магнета

Магнетна својства NdFeB магнета зависе од температуре. Температурни коефицијент интринзичне коерцитивности (како се Hci мења са температуром) за неодимијум је приближно -0,6%/степен Целзијуса (од собне температуре, са распоном од -0,45%/степен Целзијуса до -0,6%/степен Целзијуса у зависности од врсте неодимијума) између +20 и +120 степени Целзијуса. То значи да се, како се температура мења, магнетна снага и коерцитивност NdFeB магнета могу мењати, што може утицати на перформансе магнетног расхладног система. У магнетним фрижидерима на собној температури, где радна температура може да варира, одржавање стабилности магнетних својстава NdFeB магнета је неопходно за поуздано и ефикасно хлађење. Истраживачи раде на развоју NdFeB магнета са побољшаном температурном стабилношћу кроз модификацију материјала и технологије премазивања.

Компатибилност магнетокалоричних материјала

Перформансе магнетног расхладног система зависе не само од својстава NdFeB магнета, већ и од компатибилности са магнетокалоричним материјалима. Магнетокалорични материјали су кључне компоненте које подлежу магнетокалоричном ефекту како би се постигло хлађење. Тренутно, магнетни материјали који се користе у технологији магнетног хлађења имају мале промене магнетне ентропије, што доводи до ограничених температурних разлика генерисаних током сваког циклуса магнетног хлађења. Развој магнетокалоричних материјала са вишим променама магнетне ентропије који су такође компатибилни са NdFeB магнетима у погледу захтева магнетног поља и термичких својстава представља велики изазов. На пример, неки магнетокалорични материјали могу захтевати веома јака магнетна поља да би постигли значајне ефекте хлађења, што може премашити могућности NdFeB магнета или бити тешко генерисати равномерно.

Цена и доступност ретких земних елемената

NdFeB магнети садрже ретке земне елементе као што су неодимијум и диспрозијум, који су релативно ретки и скупи. Висока цена ових ретких земних елемената доприноси укупној цени NdFeB магнета и, последично, цени магнетних расхладних система. Поред тога, снабдевање реткоземним елементима подложно је геополитичким и тржишним флуктуацијама, што може представљати ризик за комерцијализацију технологије магнетног хлађења великих размера. Да би превазишли ове изазове, истраживачи истражују алтернативне магнетокалоричне материјале који се не ослањају на ретке земне елементе и развијају ефикасније методе рециклаже ретких земних елемената из производа на крају животног века.

Закључак

NdFeB магнети имају значајан потенцијал за примену у технологији магнетног хлађења, укључујући магнетне фрижидере на собној температури, због своје способности да генеришу јака магнетна поља, омогућавају компактан дизајн и подржавају рециклажу и одрживост. Међутим, потребно је решити неколико техничких уских грла, као што су јачина и униформност магнетног поља, температурна стабилност, компатибилност магнетокалоричних материјала и трошкови и доступност елемената ретких земаља. Континуирано истраживање и развој у дизајну магнета, науци о материјалима и технологијама рециклаже су неопходни за превазилажење ових изазова и остваривање пуног потенцијала магнетних расхладних система заснованих на NdFeB-у.