12.08.2022 - Max-Planck-Institut für Eisenforschung

De meilleurs aimants pour l'énergie verte

Les chercheurs utilisent des alliages multicomposants pour fabriquer des matériaux magnétiques doux, solides et ductiles.

Les matériaux magnétiques doux (SMM) appliqués dans les moteurs électriques transforment l'énergie des ressources durables en électricité. Les SMM conventionnels, qui sont actuellement utilisés dans l'industrie, sont susceptibles de s'endommager sous l'effet de fortes charges mécaniques. Des chercheurs du Max-Planck-Institut für Eisenforschung (MPIE), de l'Université technique de Darmstadt et de la Central South University, en Chine, ont mis au point une nouvelle stratégie de conception qui augmente la durée de vie des SMM et ouvre la voie à des applications avancées comme les moteurs à grande vitesse. Ils ont publié leurs récentes découvertes dans la revue Nature.

L'introduction de nanoparticules pour accroître la résistance et la ductilité

"Le problème actuel auquel nous sommes confrontés dans les matériaux magnétiques doux conventionnels est le compromis entre la souplesse magnétique d'une part, et la résistance mécanique d'autre part", explique Liuliu Han, chercheur doctoral au MPIE et premier auteur de la publication. Une plus grande résistance des matériaux est généralement obtenue par la mise en œuvre de caractéristiques microstructurelles telles que les précipitations et les défauts. Selon l'état de l'art, l'introduction de ces nanoparticules dans des matériaux magnétiques doux va pincer le mouvement des parois du domaine et donc diminuer la force d'aimantation. Les scientifiques ont découvert que la taille des nanoparticules joue un rôle crucial tant pour la résistance mécanique et la ductilité des aimants que pour leur magnétisme. "Jusqu'à présent, on supposait que les nanoparticules les plus petites interagissaient moins avec les parois du domaine et étaient donc préférées. Or, c'est tout le contraire qui se produit. Nous avons mis en œuvre des particules dont la largeur est légèrement inférieure à celle des parois du domaine. Ce grossissement signifie une surface spécifique plus petite et réduit le niveau de contrainte interne de sorte que les propriétés magnétiques ne sont pas affectées", explique M. Han.

Un système d'alliage multicomposant pour des aimants doux avancés

L'équipe de chercheurs a réalisé cette idée de conception dans un système d'alliage multicomposant, dérivé du concept d'alliage à haute entropie, contenant du fer, du nickel, du cobalt, du tantale et de l'aluminium avec des propriétés multifonctionnelles, ce qui n'est pas commun pour les aimants doux conventionnels visant principalement les propriétés magnétiques douces. En outre, les matériaux basés sur le nouveau système d'alliage sont plus faciles à fabriquer et ont une durée de vie plus élevée que les matériaux magnétiques classiques. "Avec l'aide de calculs informatiques et de l'apprentissage automatique, nous essayons maintenant de trouver des moyens de réduire le coût de l'alliage proposé en réduisant la quantité des éléments coûteux qu'il contient, comme le cobalt, et en trouvant des substituts aux propriétés similaires", explique le Dr Fernando Maccari, chercheur postdoctoral dans le groupe Matériaux fonctionnels de l'Université technique de Darmstadt et deuxième auteur de la publication. Les propriétés magnétiques ont été étudiées à TU Darmstadt, tandis que la conception de la composition et la caractérisation de l'alliage ont été réalisées au MPIE.

La composition de l'alliage utilisé ici sert de système modèle pour les alliages multicomposants. Le concept d'utilisation d'alliages multicomposants ne se limite pas aux matériaux magnétiques doux, mais est applicable aux alliages avancés présentant des combinaisons nouvelles et inhabituelles de propriétés fonctionnelles et mécaniques.

Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.

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