211service.com
Gör magneter coola
Tror du att kylskåpsmagneter är för inköpslistor och ungdomlig konst? Tänk om. Forskare runt om i världen försöker revolutionera kylning genom att föra in magneter i kylan.
En grupp vid Ames Laboratory, ett labb vid energiavdelningen vid Iowa State University, har byggt en prototyp av kylaggregat som förvandlar material med vissa magnetiska egenskaper till naturliga kylmedel. Specifikt innehåller prototypen det sällsynta jordartsmetallelementet gadolinium , som de hävdar har kylt innehållet till 42 grader Fahrenheit.
Magnetisk kylning kan resultera i mer energieffektiva och mindre kylsystem, oavsett om det är för konsumentkylskåp och luftkonditioneringsapparater eller för industriell användning som tillverkning av flytande väte för att driva bränsleceller. Men att hitta material som svalnar vid rumstemperatur, till ett pris som inte kräver statligt stöd, är inte lätt.
Forskare har letat efter förbättrade material under en tid. Kärnan i forskningen är ett fenomen som kallas magnetokalorisk effekt, där vissa material svalnar när de utsätts för ett föränderligt magnetfält. Det finns två indikatorer på den magnetokaloriska effekten: en inriktning av elektronsnurr i materialet - magnetisering - och en faktisk temperatursänkning. I januari, forskare från universitetet i Amsterdam i Nederländerna att en förening av järn, mangan och arsenik visade en stark elektronspinjustering, vilket antydde att ett billigt material med magnetokalorisk effekt kanske bara är möjligt.
Ändå kan siffror vara missvisande, säger Ames-forskaren Karl Gschneidner. Det finns ett problem, säger han, med att förlita sig på magnetisering. Du får bara [förändringen i materialets] entropi, och det är bara ett mått på den magnetokaloriska effekten. Förändringen i temperatur, säger han, är den viktigaste faktorn för forskare som är intresserade av att bygga en magnetisk kylanordning.
Det finns andra problem, säger Lawrence Bennett, en ingenjörsprofessor vid George Washington Universitys Institute for Magnetics Research. Kylskåp och luftkonditioneringsapparater överför värme från en plats till en annan. En pump komprimerar en gas som freon, vilket gör den tät och varm. Gasen rinner genom en uppsättning rör; när rören utstrålar värme blir gasen kallare och förvandlas till en vätska. Vätskan tvingas genom en speciell ventil, expanderar till en ännu kallare gas, absorberar värme från insidan av kylsystemet och upprepar sedan cykeln.
För att ett magnetiskt kylskåp ska fungera måste det magnetokaloriska materialet absorbera värme på ena sidan och driva ut den på den andra. Men de flesta material som har testats är dåliga värmeledare. Dessutom är de bästa magnetokaloriska materialen metaller, men de föränderliga magnetfälten skapar små elektriska strömmar som använder energi och kan göra kylning mycket mindre effektiv.
Sådana nackdelar är varför vissa experter som Bennett undersöker om nanokompositer kan skapas med de nödvändiga egenskaperna. I princip kan nanokompositerna vara mycket bättre, säger han. Till exempel är kompositen faktiskt en massa små partiklar som inte vidrör varandra, vilket stoppar de elektriska strömmarna nästan så snart de startade. Magnetokaloriskt material kan matchas med något annat ämne som lättare kan avleda värme.
Än så länge är magnetokaloriska nanokompositer bara ett koncept. Ingen kan producera det vi behöver ännu, säger Bennett, även om George Washingtons kemiavdelning har fått ett bidrag från energiavdelningen för att prova.
Även om en sådan utveckling är framgångsrik, varnar Barrett, är det oklart om ingenjörer kan designa kommersiellt gångbara produkter med hjälp av tekniken. Så forskare kommer att fortsätta leta efter ett material som är lämpligt attraktivt och magneterna kommer att förbli på kylskåpsdörren tills vidare.