انجاز كبير في نمذجة المغناطيس الذي يفتح الباب أمام تطبيقات الطاقة المستدامة.

• تقنية جديدة قائمة على التوموغرافيا يمكنها إعادة بناء الهيكل الحقيقي للمغناطيسات Nd-Fe-B الحبيبية الدقيقة بنطاق كبير.
• تكاثرت المحاكاة المغناطيسية الدقيقة على النماذج المعتمدة على التوموغرافيا للمغناطيسات Nd-Fe-B الحبيبية الدقيقة الجبرية وشرحت آليتها.
• يمكن استخدام النسخ الرقمية المطورة لمغناطيسات Nd-Fe-B في التصميم لمغناطيسات دائمة عالية الأداء حسب الطلب، مما يقلل بشكل كبير من وقت التطوير.

نجح علماء معهد العلوم والمواد الوطني في اليابان في نمذجة عكس تأثير المغناطيسية للمغناطيسات Nd-Fe-B (النيوديميوم-الحديد-البورون). تمكنت عملية النمذجة من استخدام نماذج عناصر محدودة الحجم استنادًا إلى البيانات التوموغرافية التي تم الحصول عليها بواسطة المجهر الإلكتروني.

تم نشر ورقة البحث التي تناولت هذا العمل في مجلة npj Computational Materials.

أظهرت هذه النماذج المحاكاة الخصائص الميكروسكوبية التي تعيق "قساوة المغناطيسية"، وهو مقياس يقيس مقاومة المغناطيس للإزالة المغناطيسية في حقول مغناطيسية مقاومة. يُتوقع أن توجه هذه النماذج الجديدة على أساس التوموغرافيا نحو تطوير مغناطيسات دائمة مستدامة بأداء ممتاز.

تعتمد توليد الطاقة الخضراء، والنقل الكهربائي، وصناعات التقنية العالية بشكل كبير على المغناطيسات الدائمة ذات الأداء العالي، حيث تُعد مغناطيسات Nd-Fe-B هي الأقوى والأكثر طلبًا.

كانت قساوة المغناطيسات الصناعية من نوع Nd-Fe-B بعيدة كل البعد بالنسبة إلى الحد الفيزيائي الخاص بها حتى تلك اللحظة. ولحل هذه المشكلة، يمكن استخدام نماذج المحاكاة المغناطيسية الصغير. وقد اقترح نهج جديد لإعادة بناء البنية المجهرية الحقيقية للمغناطيسات Nd-Fe-B الناعمة الحبيبية في نماذج بمقياس كبير في هذا البحث.

بشكل محدد، يمكن تحويل البيانات التوموغرافية من سلسلة من الصور ثنائية الأبعاد المحصلة بواسطة المجهر الإلكتروني ذي المسح الضوئي (SEM) بالاشتراك مع تلميع شعاع الملكز المركز (FIB) المتسق إلى نموذج عنصر محدود ثلاثي الأبعاد عالي الجودة.

هذا النهج القائم على التوموغرافيا عالمي ويمكن تطبيقه على مواد بلورية متعددة تعمل على حل مجموعة واسعة من مشاكل علم المواد. استنادًا إلى النماذج التوموغرافية، أعادت المحاكاة المغناطيسية القساوة للمغناطيسات Nd-Fe-B الناعمة الحبيبية وشرحت آلية ذلك.

تم الكشف عن الخصائص الميكروسكوبية ذات الصلة بالقساوة وتكوين عكس المغناطيسية. بالتالي، يمكن اعتبار النموذج المطور كـ "توين رقمي" لمغناطيسات Nd-Fe-B - تمثيل افتراضي لكائن يهدف إلى تعكس فيزياءه بدقة.

تكون توائم Nd-Fe-B المغناطيسية المقترحة دقيقة بما فيه الكفاية في إعادة إنتاج كل من الهيكل الميكروي والخصائص المغناطيسية التي يمكن تنفيذها لحل المشكلة المعكوسة في تصميم المغناطيسات الدائمة ذات الأداء العالي حسب الطلب.

على سبيل المثال، عند إدخال الباحثين الخصائص المغنطيسية المطلوبة لتطبيق معين (مثل الجر أو محرك القوة المغناطيسي المتغير)، ستكون لدى خط البحث المدعوم بـ توائم رقمية متكاملة القدرة على اقتراح التركيبة الأمثل وظروف المعالجة والبنية المجهرية للمغناطيس لتلك التطبيق، مما يقلل بشكل كبير من وقت التطوير.

**

هدف كل هذا هو حل مشكلة تصميم مغناطيسات دائمة بأداء عالٍ حسب الطلب. هذه مشكلة كبيرة. في الوقت الحالي، إن إنتاج المغناطيسات، وتوجيه المواد الخام، والمعالجة تقريبًا تمامًا تخضع للتحكم من قبل الحزب الشيوعي الصيني.

هذا يجعل هذا النوع من الأبحاث من القضايا المتعلقة بالأمن القومي لحوالي العديد من الدول. إن النوايا المعلنة للشيوعيين ليست نوع من الأمور التي تؤسس لتحسين مستويات العيش، أو زيادة أمان الإنسانية، أو تحسين صحة وثروة وسلامة الناس عبر الكوكب.

لذا، هذا بحث حيوي. يتم تقديم "شكر" لفريق البحث هذا والأمل في المزيد من التمويل لاستكمال المزيد من الفوائد التي يمكن أن يقدمها هذا البحث.

بواسطة Brian Westenhaus عبر New Energy and Fuel 

قراءات أكثر شهرة من Oilprice.com:

• هل يتجه النحاس نحو 15,000 دولار؟
• حظر استيراد اليورانيوم الروسي يرسل صدمات عبر أسواق الطاقة
• قطاع التصنيع في المملكة المتحدة يواجه ضعف الطلب وأزمة البحر الأحمر