НАНОТЕХНОЛОГИЯ В БЛИЖАЙШЕМ ДЕСЯТИЛЕТИИ

Повышение энергетического к. п. д

С. Т. Пикро[61]

Нанотехнологии могут сыграть важную роль в повышении энергетического к. п.д. разнообразных систем. В левой части рис. 9.3 приведены характеристики

Магниты с переменными свойствами SmCo/Fe

О

К CP

• Заданные магнитные свойства

• Более легкие и мощные магниты

• Более эффективные электродвигатели

Рис. 9.3. Нанотехнологические методы повышения энергетического к. п.д. (данные национальных лабораторий Министерства энергетики).

Некоторых новых магнитных наноструктурных материалов, полученных в Ар - гоннской национальной лаборатории. Свойства таких структур, называемых магнитами с переменными свойствами и состоящих из чередующихся нано- метровых слоев магнитотвердых (например, SmCo5) и магнитомягких (на­пример, Fe) материалов, существенно зависят от толщины слоев магнитных материалов. Например, уменьшение толщины слоя SmCo5 от 20 нм до ~ 2 нм приводит (при той же толщине слоя Fe) к увеличению максимальной плотности магнитной энергии (ВН)тах более чем в три раза.

Применение магнитов с улучшенными характеристиками повысит энерге­тический к. п.д. электродвигателей. Нанометровое структурирование материа­лов может также сильно повысить прочность и твердость металлов и сплавов, что позволит применять более легкие материалы (например, алюминий) и зна­чительно снизить энергетические потери на трение и износ. Диаграммы в пра­вой части рис. 9.3 демонстрируют значительное возрастание предела текучести никеля в результате ионной имплантации А1 и О в приповерхностный слой Ni (работа выполнена в Национальной лаборатории Сандия). Имплантация при­водит к формированию дисперсии наноразмерных частиц АЬ03 в никеле, что и повышает прочность металла. Аналогично, имплантация атомов О в алюми­ний превращает последний в очень прочный и износостойкий материал, срав­нимый с лучшими сортами подшипниковой стали.