Рассказываем об исследованиях и разработках нескольких молодых ученых

Наука и жизньНаука

Лауреаты премии Правительства Москвы молодым учёным за 2021 год

Материалы подготовила Татьяна Зимина

Инженер Андрей Базлов проводит измерения температурной зависимости магнитного момента нового материала на вибрационном магнитометре.

Молодые исследователи, работающие в научных центрах и университетах столицы, могут подать заявки на премию Правительства Москвы молодым учёным. Награда присуждается как за достижения в фундаментальных исследованиях, так и за разработку новых технологий. Приём заявок на участие в конкурсе за 2022 год проходит до 15 июля 2022 года (подробности: https://nauka.mos.ru).

В апрельском и майском номерах журнала рассказывалось об исследованиях нескольких лауреатов 2021 года (см. «Наука и жизнь» №№ 4, 5, 2022 г.). Представляем ещё две работы лауреатов.

Металлические стёкла для инновационных трансформаторов

Переход от углеводородных источников энергии (нефти, газа, угля) к возобновляемым — солнцу, ветру, теплу недр и другим — набирает темп. Однако до сих пор стоимость электроэнергии, полученной с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ), выше, чем произведённой из традиционных источников. Кроме того, затраты на строительство электростанций, использующих энергию солнца либо ветра, больше, чем, например, для традиционных ТЭС на газе. И более высокие инвестиционные затраты надо как-то компенсировать. Это можно сделать, повышая энергоэффективность и энергосбережение на всех этапах, то есть уменьшать потери электроэнергии при передаче, трансформации и эксплуатации электроустройств.

Один из способов уменьшения потерь — использование новых энергоэффективных материалов. Возьмём, например, трансформатор. Важный элемент этого устройства — стальной сердечник (магнитопровод). Потери электроэнергии в сердечнике происходят из-за магнитного гистерезиса и нагревания, вызванного вихревыми токами. Сердечник обычно выполняют из ферромагнитных магнитомягких материалов. Эти материалы применяют и в других приборах, где используется эффект магнитной индукции, — от домашней бытовой техники до научно-технического оборудования, генераторов, двигателей.

В качестве магнитомягкого материала часто выступает электротехническая (трансформаторная) сталь, содержащая добавку кремния и иногда алюминия. Как известно, металлы и сплавы имеют кристаллическую решётку, в которой всегда есть дефекты структуры. Это дислокации, вакансии (отсутствие в узле решётки атома), межузельные атомы и др. Но при сверхвысоких скоростях охлаждения металла из жидкого состояния (со скоростью > 100°С/с) можно получать аморфные сплавы, не имеющие кристаллической решётки, обладающие однородной структурой без дефектов. Такие аморфные сплавы называют металлическими стёклами за схожесть их структур со структурой стекла.

В аморфных сплавах благодаря однородной бездефектной структуре электромагнитные потери при перемагничивании существенно меньше, чем в сплавах с кристаллической структурой, и они обладают необходимым набором магнитных свойств (низкой коэрцитивной силой, высокой магнитной проницаемостью). При этом технология их получения относительно проста. Однако у стеклообразных сплавов есть один недостаток по сравнению с кристаллическими аналогами: сравнительно низкая индукция насыщения, то есть индукция, при которой намагниченность достигает максимально возможного значения. Но и этот недостаток можно устранить, если трансформировать аморфную структуру в нанокристаллическую.

Исследования по созданию сплавов для сердечников трансформаторов и электронных устройств с увеличенной энергоэффективностью ведут в лаборатории «Перспективные энергоэффективные материалы» Московского института стали и сплавов (НИТУ «МИСиС»). Речь о магнитомягких сплавах на основе железа как с аморфной, так и с нанокристаллической структурой.

В лаборатории разработали аморфные сплавы, использование которых даёт возможность снизить потери электроэнергии в сердечниках трансформаторов в три раза. Например, если использовать трансформатор мощностью 1000 кВА с сердечником из нового сплава, по расчётам, можно сэкономить более 16 000 кВт⋅ч. Таких выдающихся результатов достигли благодаря улучшенным составам сталей, легированных кремнием, бором, фосфором, молибденом и медью. Получают их в виде тонкой ленты литьём расплава на поверхность охлаждаемого вращающегося диска с последующей исключительно высокой скоростью охлаждения (скоростной закалкой). Для подбора оптимальных составов сплавов сотрудники лаборатории провели предварительные теоретические расчёты, затем изготовили лабораторные образцы и скорректировали составы сталей, чтобы найти оптимальное сочетание свойств. Новые материалы обладают высокой стеклообразующей способностью (в ходе охлаждения), благодаря чему можно делать аморфную ленту толщиной более 30 мкм, что вполне приемлемо для внедрения в промышленное производство.

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Жизнь в магнитном поле Жизнь в магнитном поле

Как изучают незаметные для органов чувств магнитные эффекты

Наука и жизнь
Дейнотерий – слон с берегов Дона Дейнотерий – слон с берегов Дона

Слоны – одни из самых стабильных в эволюционном плане животных...

Наука и техника
Кунсткамера Кунсткамера

Самый маленький парк, непокоренные горные вершины и «Мост в Никуда»

Наука и жизнь
Кнут Гамсун Кнут Гамсун

Кнут Гамсун говорил от имени нации и тем сильно её скомпрометировал

Дилетант
Моя история Моя история

Напоминание, о чём пел Владимир Высоцкий в своей знаменитой «шахматной» песне

Дилетант
Банановые перспективы российских субтропиков Банановые перспективы российских субтропиков

Инвесторы хотят импортозаместить экзотические фрукты

Агроинвестор
Опять и опять «Назад в будущее» Опять и опять «Назад в будущее»

Краткая история ленты «Назад в будущее», вырастившей последнее поколение XX века

Weekend
Александр Лабас: не авангардист, не соцреалист Александр Лабас: не авангардист, не соцреалист

Голос А. Лабаса — сложный, полифоничный, подчас ускользающий от прямых смыслов

Монокль
Дорогой инноваций Дорогой инноваций

Что изменит высокоскоростная магистраль Москва — Санкт-Петербург

Эксперт
Земля на стыке гипотез Земля на стыке гипотез

Земля в процессе своего развития расширялась или сжималась?

Знание – сила
Из портов на биржу Из портов на биржу

Угольщики стремятся расширить сбыт на внутреннем рынке на фоне падения экспорта

Ведомости
Японский десант на Великих озерах Японский десант на Великих озерах

Большое поглощение в мировой металлургии все-таки состоится

Монокль
«Пишите… А. Куприн» «Пишите… А. Куприн»

Эмиграция сложилась для Куприна не просто трудно, а скорее — трагически

Дилетант
Архив богини Фауны Архив богини Фауны

Зоологический музей Московского университета – «отражение самой природы»

Знание – сила
Американские горки Американские горки

Группа БКС возобновила торги американскими бумагами через свой инвестбанк

Ведомости
Уйди, нечистая! Уйди, нечистая!

Домовые, кикиморы, лешии: откуда взялись и чему служили

Лиза
Сити-брейк Сити-брейк

Идеальные города России для семейного уик-энда

Лиза
ФГИС вам в помощь ФГИС вам в помощь

Как работают внедренные в агроотрасль информсистемы

Агроинвестор
Установка для очистки отработанных масел УОМ-3М(100) Установка для очистки отработанных масел УОМ-3М(100)

Как установка УОМ-3М(100) очищает отработанное моторное масло

Наука и техника
Узорочье древних славянок Узорочье древних славянок

Древняя мода: как выглядела одежда на Руси до XIII века

Знание – сила
Весна императора Весна императора

Цезарь — политик-хищник, с чьим именем неотрывно связана Римская империя

Знание – сила
Страховка с биткойном Страховка с биткойном

Как работают инвестиционные полисы с привязкой к биткойну

Ведомости
О чем молчат рекорды HoReCa О чем молчат рекорды HoReCa

Будут ли все последствия смещения потребления с кухни в ресторан положительными?

Агроинвестор
Кадровый агропотенциал Кадровый агропотенциал

Роль государства и бизнеса в решении проблемы дефицита персонала

Агроинвестор
Пифагор, или Теорема с одним неизвестным Пифагор, или Теорема с одним неизвестным

«Нет ни одной детали в жизни Пифагора, которая не была бы опровергнута»

Дилетант
Вековые традиции Вековые традиции

Не получается нарисовать стрелки, а тени сразу скатываются?

Лиза
Соло-мама Соло-мама

Каких ошибок стоит избегать женщинам, которые растят детей в одиночку

Лиза
Таблетки на ветер? Таблетки на ветер?

Как правильно выбрасывать лекарства из аптечки?

Лиза
Медвежий угол Медвежий угол

Как оргкомитет московской Олимпиады-80 зарабатывал – рубли и валюту

Ведомости
Денис Власенко: «Все-таки мир не черно-белый» Денис Власенко: «Все-таки мир не черно-белый»

Денис Власенко о «супергеройских» ролях и о том, каково это в возрастном гриме

Ведомости
Открыть в приложении