新型磁鐵能在磁場中膨脹
- 發佈時間：2015-05-22 07:31:30 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報北京5月21日電 （記者陳丹）美國坦普爾大學和馬利蘭大學研究人員發現了一新類型磁鐵，當放置於磁場中時，其體積會發生膨脹，且在能量收集過程中浪費的熱量少至可忽略不計。這一新發現擁有巨大應用潛力，不僅有望取代現有技術，還可創建新的應用。
坦普爾大學機械工程系系主任、材料基因組學和量子器件實驗室負責人哈希·迪普·喬普拉與馬利蘭大學材料科學和工程系教授曼弗雷德·烏提格在21日出版的《自然》雜誌上發表了他們的研究結果。喬普拉説：“我們的發現從根本上改變了我們對自1841年以來就已有所認識的某種特定類型的磁鐵的理解。”
19世紀40年代，英國物理學家詹姆斯·焦耳發現，當被置於磁場中時，鐵基磁性材料會改變它們的形狀，但體積保持不變。這種現象被稱為“焦耳磁致伸縮”，自發現至今的175年中，所有磁體都表現出了這一特徵。
“我們發現了一類新的磁鐵，我們稱之為非焦耳磁致伸縮磁鐵。在磁場中，它們的體積出現了巨大變化。”查普拉説， “而且，這些非焦耳磁致伸縮磁鐵還具有以最小的熱量損失來收集或轉換能量的非凡能力。”
喬普拉和烏提格將特定的鐵基合金放在爐中加熱至大約760攝氏度，並持續30分鐘，之後迅速將其冷卻到室溫，這時材料表現出了非焦耳磁致伸縮行為。
他們發現，經過熱處理的材料中包含從未見過的微小蜂窩狀結構，這是其在磁場中表現出非焦耳磁致伸縮反應的關鍵。烏提格補充説： “知道這個獨特的結構將使研究人員能夠開發出具有同樣特性的新材料。”
研究人員指出，受焦耳磁致伸縮所限，常規磁鐵只能被用作在一個方向上施加力的致動器。即便只在兩個方向上致動，也需要大量笨重的磁鐵，這會增大體積、降低效率。而非焦耳磁致伸縮磁鐵可同時向各個方向膨脹，因此要製造緊湊型全向致動器將很容易實現。
由於這些新型磁鐵也有節能的特性，它們可以用來打造熱損耗極低的新一代感測器和致動器，應用於航空航太、汽車、生物醫藥、國防、空間探索和機器人等領域。
研究人員還表示，這種新型磁鐵不含稀土元素，因而可以替代現有的昂貴但機械性能低的稀土基磁致伸縮材料。
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