Virginia Commonwealth University έχει λάβει μια σύμβαση συνολικού ύψους $ 2,9 εκατομμύρια ευρώ από το Υπουργείο Εξωτερικών των ΗΠΑ Advanced Research Ενέργειας Έργα από την Υπηρεσία Ενέργειας, ARPA-Ε, για την ανάπτυξη και το σχεδιασμό μιας νέας κατηγορίας των μόνιμων μαγνητών που χρησιμοποιούνται για ενεργειακά αποδοτικών ηλεκτρικών κινητήρων αυτοκινήτων ή γεννήτριες.
Το VCU υπό την ηγεσία της έρευνας είναι ένα από τα 14 έργα που χρηματοδοτούνται μέσω Σπάνιες Εναλλακτικές Γη ARPA-Ε στο Κρίσιμη πρόγραμμα Τεχνολογίες, ή θα αντιδράσει, οι οποίες χορηγούνται συνολικά κατά 31,6 εκατομμύρια δολάρια σε χρηματοδότηση για ακαδημαϊκά ιδρύματα σε όλη τη χώρα για παρόμοια έργα τον περασμένο μήνα.
Το πρόγραμμα REACT εστιάζεται στην ανάπτυξη των εναλλακτικών λύσεων για σπάνιων γαιών, που είναι μέταλλα που εμφανίζονται φυσικά στο περιβάλλον, για χρήση σε τεχνολογίες, όπως ηλεκτρικό κινητήρα και τις εφαρμογές της γεννήτριας. Φέτος, το πρόγραμμα REACT έλαβαν 89 χαρτιά έννοια και 14 επελέγησαν για χρηματοδότηση. Διαβάστε την ανακοίνωση ARPA-Ε εδώ.
Με μια ώθηση για καλύτερη ενεργειακή απόδοση και πράσινο-powered τεχνολογίες, υλικά επιστήμονες εργάζονται για την προώθηση στον τομέα των μαγνητών, με τη δημιουργία μόνιμων μαγνητών που μπορεί να εκτελέσει ισοδυναμεί με το καλύτερο εμπορικό μαγνήτες, και είναι λιγότερο ακριβά από ό, τι είναι διαθέσιμο στην αγορά - χωρίς να στηρίζονται σε σπάνιων γαιών. Σπάνιων γαιών είναι δύσκολο και δαπανηρό να επεξεργαστεί και να τελειοποιήσει το μέταλλο.
Ο στόχος του τριετούς σχεδίου στο VCU είναι η χρήση της μαγνητικής καρβίδιο βάση σύνθετα - το οποίο μοιάζει με μια λεπτή μαύρη σκόνη - να αναπτύξει ένα μαγνήτη για χρήση σε ένα πρωτότυπο ηλεκτρικό κινητήρα. Η μετάβαση μέταλλο nanomagnets καρβίδιο, τα οποία δεν απαιτούν σπάνιων γαιών, αναπτύχθηκε από τον Everett Carpenter Ph.D., αναπληρωτής καθηγητής των ανόργανων υλικών και τη χημεία και θυγατρικών καθηγητής της χημικής και μηχανικής επιστήμης της ζωής, και η ομάδα του στο VCU.
"Οι πρόσφατες τάσεις στην αγορά έχουν κάνει την παραγωγή και την προμήθεια σπάνιων γαιών μόνιμους μαγνήτες πιο δύσκολο και λιγότερο αποτελεσματική από πλευράς κόστους - για τη δημιουργία ασφαλούς προμήθειας των υλικών αυτών εδώ στις ΗΠΑ είναι κρίσιμης σημασίας", δήλωσε ο Carpenter.
«Το υλικό αυτό αντιπροσωπεύει μια μείζονα αλλαγή παραδείγματος. Παραδοσιακά, μέταλλα όπως ο σίδηρος, νικέλιο, κοβάλτιο εξορύσσονται από τα χυτήρια, τήκονται από κοινού, και συνθετικά όπως ακριβώς θα κάνατε χάλυβα. Η διαδικασία μας είναι μια χημική διαδικασία που είναι nanobased. Το πρόγραμμα, σε περίπτωση επιτυχίας, θα είχε ως αποτέλεσμα το πρώτο εμπορικά βιώσιμα σπανίων γαιών χωρίς μαγνήτη σε σχεδόν 50 χρόνια », είπε.
Σύμφωνα με τον Carpenter, το κόστος να παράγει αυτό το νέο μαγνητικό υλικό θα μπορούσε να μειωθεί σημαντικά λόγω απλοποιημένη αυτή τεχνική σύνθεση. Για παράδειγμα, είπε, το κόστος του κάνοντας μια μαγνήτης σπάνιων γαιών, όπως Σαμάριο κοβάλτιο είναι περίπου $ 70 ανά λίβρα, αλλά με τη χημική διεργασία να δημιουργήσει αυτό το νέο μαγνήτη θα μπορούσε να μειώσει σημαντικά το κόστος παραγωγής σε $ 1,50 ανά λίβρα.
Το πρόγραμμα REACT επικεντρώνεται σε ηλεκτρικό κινητήρα και τις εφαρμογές της γεννήτριας, αλλά τα υλικά μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε μια σειρά από άλλους τομείς, όπως η άμυνα και οι τηλεπικοινωνίες, δήλωσε ο Carpenter.
Η ομάδα Carpenter έχει στενή συνεργασία με Shiv Khanna, Ph.D., καθηγητής της φυσικής, και οι συνεργάτες του στο VCU Τμήμα Φυσικής.
Η ομάδα του VCU, που αποτελείται από Carpenter και Khanna, συνεργάζεται με ερευνητικές ομάδες από το Northeastern University, το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας-Σαν Ντιέγκο, Εθνικό Εργαστήριο του Brookhaven, Moog Components Inc, Arnold Τεχνολογίες Magnetics και η Bayer Technology Services - καθένα θα διαδραματίσει ιδιαίτερο ρόλο στην αναπτυξιακή διαδικασία, το σχεδιασμό, τη βελτιστοποίηση και την κατασκευή αυτού του νέου μαγνητικού υλικού.