Hvornår er to ens kugler ikke helt ens alligevel

tirsdag 20 jun 17

Kontakt

Kaspar Kirstein Nielsen
Lektor
DTU Energi
46 77 47 58

Treårigt projekt

”Getting the most out of magnetocaloric materials for high effiency refrigeration” starter oktober 2017 og er et treårigt projekt støttet af Det Frie Forskningsråd.

Magnetisk køling

Magnetisk køling er en lovende teknologi, der anvender magnetiske materialer som den aktive komponent, og ikke-flygtige væsker som vand eller alkohol til at overføre varmen til omgivelserne. Teknologien vil potentielt kunne levere mere effektiv og miljøvenlig køling inden for en lang række anvendelser.

Læs mere om forskningen i magnetisk køling på DTU Energi her

Få promillers forskel og små variationer i den kemiske sammensætning af det på overfladen samme materiale betyder ofte ikke det store, men selv meget små forskelle kan have afgørende betydning indenfor magnetokaloriske materialer. Et nyt forskningsprojekt på DTU Energi vil gøre det muligt at tage højde for urenhederne, så magnetokaloriske materialer til magnetisk køling kan udnyttes bedre.

Hvis man i detaljer undersøger et parti identiske stålkugler til brug i kuglelejer, vil man erfaringsmæssigt finde utallige små nuanceforskelle i masse og kemisk sammensætning mellem de individuelle kugler.

Forskelle, der for det meste ikke betyder noget for kuglernes anvendelse. Men en gang i mellem viser selv de mindste forskelle i kemisk sammensætning sig at have stor betydning. Magnetokaloriske materialer er materialer der ændrer temperatur, når de bliver magnetiseret af en magnet. Her kan små forskelle betyde meget i deres anvendelse som de aktive materialer i en magnetisk kølemaskine.

”En magnetisk køleindretning er kritisk afhængig af de skræddersyede egenskaber af de magnetokaloriske materialer, men vi oplever for ofte, at materialer, der i teorien ser helt fornuftige og anvendelige ud, ikke holder i praksis”, fortæller lektor Kaspar Kirstein Nielsen, der forsker i magnetisk køling ved DTU Energi.

Han har netop fået 2.592.000 kroner af Det Frie Forskningsråd til forskningsprojektet ”Getting the most out of magnetocaloric materials for high effiency refrigeration”. Projektet skal udvikle en model, der kan tage højde for magnetokaloriske materialers små urenheder og forskelle i sammensætning, hvilket skal gøre det muligt at udnytte materialerne bedre i kølemaskiner.

"”En magnetisk køleindretning er kritisk afhængig af de skræddersyede egenskaber af de magnetokaloriske materialer, men vi oplever for ofte, at materialer, der i teorien ser helt fornuftige og anvendelige ud, ikke holder i praksis"
Kaspar Kirstein Nielsen, lektor og forsker i magnetisk køling ved DTU Energi

Magnetisk køling er baseret på en fundamental termodynamisk egenskab ved magnetiske materialer, den såkaldte magnetokaloriske effekt. Når materialet magnetiseres, varmes det op, og når magnetismen fjernes, køler materialet. En effekt, der kan bruges til at skabe effektiv køling ved hjælp af magnetisme. Problemet opstår, hvis materialet ikke er ensartet, så forskellige områder i eller delelementer af det samme materiale reagerer forskelligt på magnetisme, mekaniske påvirkninger og varmeoverførsel. Erfaringen viser, at der er betydelige forskelle mellem teoretiske forudsigelser af et prøvemateriale og de målte egenskaber.

”Selv få promillers forskel og små variationer i den kemiske sammensætning kan have stor betydning for effekten af hele systemet. Så jeg kan aldrig antage, at mit materiale er helt perfekt, for det er det ikke i virkeligheden. Derfor skal vi tage højde for urenhederne, idet selv små urenheder kan påvirke de magnetokaloriske egenskaber en hel del.”

Kaspar Kirstein Nielsen og DTU har derfor indgået samarbejde med to forskergrupper under professor Lesley Cohen fra Imperial College of London (ICL), UK, og professor Vitalij Pecharsky fra Ames Laboratory, Iowa, USA, om et forskningsprojekt, hvor en række på papiret ensartede materialeprøver udsættes for en masse forskellige undersøgelser fra mekanisk prøvning over målinger af prøvernes varmeledning til røntgendiffraktion.

”De fleste målinger foretages her på DTU Energi, men de andre har adgang til udstyr, som vi ikke har, så den ph.d.-studerende på projektet vil rejse rundt og udsætte de samme prøver for forskellige tests hos os, i England og i USA. Der vil naturligvis opstå et vist slid på prøverne undervejs i processen, f.eks. sker der ofte en volumenændring på op til en procent, når et materiale med små urenheder bruges til magnetokaloriske tests. Hvis disse volumenændringer opstår forskellige steder i prøven, kan prøven endda risikere at knække, men det er lige præcis det, vi vil lave en model over, så vi frem over kan tage højde for urenheder i forsøg og dermed øge forståelsen af materialernes grundlæggende egenskaber”, siger Kaspar Kirstein Nielsen.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.
http://www.energy.dtu.dk/nyheder/nyhed?id=D515CD56-F542-4533-8BFA-F9E99A4B9724&utm_device=web&utm_source=RelatedNews&utm_campaign=Nyt-onlinekursus-deler-DTUs-samlede-viden-om-solcelleteknologi-til-hele-verden
25 SEPTEMBER 2017