TOKIO / DARMSTADT / LONDON (IT BOLTWISE) – Ein internationales Forschungsteam hat einen bedeutenden Fortschritt in der magnetischen Kühlung erzielt. Durch die gezielte Modifikation von Materialien mit Zinnatomen konnte die Leistungseffizienz erheblich gesteigert werden. Diese Entwicklung könnte die Verflüssigung von Gasen revolutionieren und neue Anwendungen in der Kühltechnologie ermöglichen.
Die magnetische Kühlung, eine vielversprechende Technologie, die den magnetokalorischen Effekt nutzt, hat in den letzten Jahren erhebliches Interesse geweckt. Dieser Effekt beschreibt die Fähigkeit bestimmter Materialien, ihre Temperatur zu ändern, wenn sie einem Magnetfeld ausgesetzt werden. Trotz ihrer potenziellen Vorteile, wie der umweltfreundlichen und effizienten Kühlung, standen Forscher vor der Herausforderung, die Leistung der Materialien unter Betriebsbedingungen stabil zu halten.
Ein internationales Konsortium, zu dem das National Institute for Materials Science (NIMS) in Japan und die Technische Universität Darmstadt gehören, hat nun einen Durchbruch erzielt. Durch die gezielte Veränderung der chemischen Zusammensetzung der Materialien, insbesondere durch den Ersatz von Germaniumatomen durch Zinnatome, konnten sie die Hysterese minimieren. Diese Hysterese, ein irreversibler Energieverlust, war bisher ein Hauptgrund für die abnehmende Kühlleistung der Materialien.
Im Mittelpunkt der Forschung stand die Verbindung Gd5Ge4, bestehend aus Gadolinium und Germanium. Die Forscher entdeckten, dass die strukturellen Übergänge innerhalb der Kristallstruktur, insbesondere die sich ändernden Bindungslängen zwischen den Germaniumatomen, zur Hysterese beitrugen. Durch die Einführung von Zinnatomen wurde die Stabilität der Kristallstruktur verbessert, was zu einer Verdopplung der reversiblen adiabatischen Temperaturänderung führte.
Diese Modifikation hat nicht nur den magnetokalorischen Effekt verbessert, sondern auch die Gesamtbeständigkeit des Materials erhöht. Die neuen Materialien zeigen eine beeindruckende Leistung bei tiefen Temperaturen und könnten in Zukunft zur Verflüssigung von Gasen wie Wasserstoff und Erdgas eingesetzt werden. Das Konsortium plant, diese Methodik auf weitere Materialverbindungen auszuweiten, um die Technologie in verschiedenen Bereichen der Kühlung und Gasverflüssigung anzuwenden.
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