211service.com
Gør magneter cool
Tror du, at køleskabsmagneter er til indkøbslister og værker af ungdommelig kunst? Tænk igen. Forskere verden over forsøger at revolutionere køling ved at bringe magneter ud i kulden.
En gruppe ved Ames Laboratory, et energiafdelingslaboratorium ved Iowa State University, har bygget en prototype køleenhed, der omdanner materialer med visse magnetiske egenskaber til naturlige kølemidler. Specifikt indeholder prototypen elementet sjældne jordarter gadolinium , som de hævder har afkølet indholdet til 42 grader Fahrenheit.
Magnetisk køling kan resultere i mere energieffektive og mindre kølesystemer, uanset om det er til forbrugerkøleskabe og klimaanlæg eller til industriel brug som fremstilling af flydende brint til at drive brændselsceller. Men at finde materialer, der køler ved stuetemperatur, til en pris, der ikke kræver statsstøtte, er ikke let.
Forskere har ledt efter forbedrede materialer i nogen tid. Hjertet i forskningen er et fænomen kaldet den magnetokaloriske effekt, hvor nogle materialer afkøles, når de udsættes for et skiftende magnetfelt. Der er to indikatorer for den magnetokaloriske effekt: en justering af elektronspin i materialet - magnetisering - og et faktisk fald i temperatur. I januar udtalte forskere fra University of Amsterdam i Holland, at en forbindelse af jern, mangan og arsen udviste en stærk elektronspin-justering, hvilket antydede, at et billigt materiale med den magnetokaloriske effekt måske bare var muligt.
Alligevel kan tal være misvisende, siger Ames-forsker Karl Gschneidner. Der er et problem, siger han, med at stole på magnetisering. Du får kun [ændringen i materialets] entropi, og det er kun et mål for den magnetokaloriske effekt. Ændringen i temperatur, siger han, er den vigtigere faktor for forskere, der er interesseret i at bygge en magnetisk køleanordning.
Der er andre problemer, siger Lawrence Bennett, en ingeniørprofessor ved George Washington University's Institute for Magnetics Research. Køleskabe og klimaanlæg overfører varme fra et sted til et andet. En pumpe komprimerer en gas som freon, hvilket gør den tæt og varm. Gassen løber gennem et sæt rør; da rørene udstråler varme, bliver gassen koldere og bliver til en væske. Væsken tvinges gennem en speciel ventil, udvider sig til en endnu koldere gas, absorberer varme fra indersiden af kølesystemet og gentager derefter cyklussen.
For at et magnetisk køleskab skal fungere, skal det magnetokaloriske materiale absorbere varme på den ene side og udstøde det på den anden. Men de fleste af de materialer, der er blevet testet, er dårlige varmeledere. Desuden er de bedste magnetokaloriske materialer metaller, men de skiftende magnetfelter skaber små elektriske strømme, der bruger energi og kan gøre køling langt mindre effektiv.
Sådanne ulemper er grunden til, at nogle eksperter som Bennett undersøger, om nanokompositter kunne skabes med de nødvendige egenskaber. I princippet kan nanokompositterne måske være meget bedre, siger han. For eksempel er kompositten faktisk en masse små partikler, der ikke rører hinanden, og stopper de elektriske strømme næsten lige så snart de startede. Magnetokalorisk materiale kunne matches med et andet stof, der lettere kunne sprede varme.
Indtil videre er magnetokaloriske nanokompositter dog kun et koncept. Ingen er i stand til at producere det, vi har brug for endnu, siger Bennett, selvom George Washingtons kemiafdeling har modtaget et tilskud fra energiafdelingen for at prøve.
Selvom en sådan udvikling er vellykket, advarer Barrett, er det uklart, om ingeniører kan designe kommercielt levedygtige produkter ved hjælp af teknologien. Så forskerne vil fortsætte med at søge efter et materiale, der er passende attraktivt, og magneterne forbliver indtil videre på køleskabsdøren.