Сплав для экологичных холодильников

Ученые-физики из Томска создали новый сплав, который может быть использован в экологически безопасных холодильных установках. Сотрудники лаборатории физики высокопрочных кристаллов Томского госуниверситета (ТГУ) достигли небывалой устойчивости эластокалорического эффекта в сплавах NiFeGa(Co) с эффектом памяти формы при многократном использовании. Это открывает перспективы для внедрения данного сплава в промышленное производство, в частности, для создания экологически чистых твердотельных систем охлаждения, пригодных для применения в бытовых холодильниках и микроэлектронике.

В условиях глобального потепления и ужесточения требований к веществам, разрушающим озоновый слой (таким как фреоны), актуальной задачей является поиск экологичных альтернатив традиционным методам охлаждения. Как отмечает Аида Тохметова, сотрудник лаборатории физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ, материал для твердотельного холодильника должен обладать высокой охлаждающей способностью, надежностью, стабильностью и длительным сроком службы.

Новый сплав NiFeGa(Co), разработанный под руководством профессора Юрия Чумлякова, заведующего лабораторией физики высокопрочных кристаллов СФТИ ТГУ, отвечает этим требованиям. В настоящее время ученые проводят испытания материала с памятью формы, изучая его функциональные характеристики, в том числе эластокалорический эффект – способность сплава изменять температуру при деформации за счет обратимого выделения или поглощения тепла при мартенситном превращении под нагрузкой.

В рамках исследований, поддержанных грантом РНФ (№ 20-19-00153) под руководством доктора физико-математических наук Елены Панченко, получены новые данные о сплавах NiFeGa(Co). Ученым удалось добиться высокой циклической стабильности эластокалорического эффекта. Кроме того, температурные испытания показали, что материал сохраняет стабильность при обратимых деформациях до 15%, что является лучшим результатом в мире на сегодняшний день.

По словам руководителя проекта РНФ Елены Панченко, высокая циклическая стабильность критически важна для многократного использования материалов, как в бытовой технике, так и в микросистемах.

Результаты исследований были представлены на международной конференции «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии». Профессор Юрий Чумляков выступил в качестве приглашенного лектора, а сотрудники и студенты представили семь устных и два стендовых доклада.

Кроме того, главный научный сотрудник Елена Панченко и аспиранты Аида Тохметова и Элеонора Янушоните приняли участие в Международной научной конференции «Сплавы с памятью формы» (Москва), где представили пленарный и два устных доклада и были отмечены дипломами за лучшие доклады.

Аспирантки Анна Выродова и Анастасия Сараева стали участницами Международной конференции «Актуальные проблемы прочности» в Тольятти и победили в конкурсе на лучшую научную работу среди молодых ученых. В 2021 году Анна Выродова вошла в десятку лучших молодых российских ученых, получивших стипендию имени Жореса Алферова за выдающиеся достижения в области физики и нанотехнологий.

Разработки, представленные на этих международных конференциях, выполнены учеными СФТИ ТГУ при финансовой поддержке четырех грантов РНФ (№19-19-00217, №19-49-04101, №20-19-00153, №21-19-00287).

По данным на октябрь 2024 года, ученые ТГУ продолжают изучение свойств разработанного сплава.

Материал NiFeGa(Co) рассматривается как перспективная замена фреону в холодильниках благодаря своей экологичности. Сплав демонстрирует обратимую деформацию и повышенную пластичность в диапазоне температур 800-900°С.

В планах исследователей – оценка стабильности эластокалорического эффекта сплава при многократных циклах воздействия, что позволит расширить область его применения в различных инженерных конструкциях.

Проект реализуется при поддержке Российского научного фонда, результаты опубликованы в журнале Journal of Alloys and Compounds (Q1).