Et nyt, ambitiøst forskningsprojekt på DTU Energi skal finde grunden til at permanente magneter i praksis ikke er nær så robuste som man kunne forvente teoretisk. Resultaterne fra projektet skal muliggøre en bedre udnyttelse af de kostbare materialer, som indgår i magneterne.

Permanente magneter er overalt omkring os: I mobiltelefoner, computere, hovedtelefoner, pumper, elbiler og vindmøller. Ofte ønsker man at anvende så kraftige magneter som muligt, for så kan man gøre apparaterne mindre og spare på materialerne. De sidste 30 års anvendelse af kraftige, neodym-baserede magneter har været en væsentlig drivkraft bag miniaturiseringen og effektiviseringen af harddiske, elmotorer osv., men visse ydre påvirkninger, især varme og modsatrettede magnetfelter, kan imidlertid ødelægge magnetiseringen.  Det er eksempelvis det der sker, hvis et elektronisk nøglekort bliver afmagnetiseret ved at ligge op ad en mobiltelefon.

Ønskes: bedre modstandskraft mod afmagnetisering

Der forskes verden over i hvordan man kan øge permanente magneters modstandskraft mod at blive afmagnetiseret, deres såkaldte koercivitet. En hyppigt anvendt metode er at tilsætte det kostbare metal dysprosium til de meget udbredte neodym-magneter for at øge deres koercivitet.

Der er dog et fundamentalt videnskabeligt problem som står i vejen for en systematisk optimering af magneternes egenskaber: Vi kender stadig ikke de specifikke fysiske og kemiske faktorer, der bestemmer koerciviteten af en magnet. Virkelige magneters koercivitet er således kun halvt så stor som den teoretisk burde være.

3D-modeller skal afsløre fysiske mekanismer

Nu vil lektor Rasmus Bjørk fra DTU Energi forsøge at angribe problemet fra en ny vinkel. Rasmus Bjørk har tidligere arbejdet med magneter og optimering af deres egenskaber, men har også erfaring med 3D-computermodeller af materialers mikrostruktur. Og det er netop ved at udvikle en model der kombinerer magnetisme og 3D-mikrostruktur, at Rasmus vil gøre fremskridt.

"Hidtil har man kun kunnet regne på idealiserede strukturer, som ikke afspejler virkelige materialers mikrostruktur. Den model vi vil udvikle i projektet, kommer til at kunne modellere mikrostrukturen af en permanent magnet langt mere realistisk. På den måde vil vi kunne identificere de vigtigste fysiske mekanismer som begrænser koerciviteten af virkelige magneter."
Rasmus Bjørk, lektor, DTU Energi.

Og han har allerede blik for det følgende skridt: At udvikle strategier for at forbedre koerciviteten ved at designe mikrostrukturen af magneterne.

Store perspektiver for anvendelse

Både dysprosium og neodym produceres næsten udelukkende i Kina, hvilket i sig selv gør brugerne sårbare over for udsving i pris og tilgængelighed. Neodym er dog væsentligt mere tilgængeligt end dysprosium, så hvis man kan minimere brugen af dysprosium, vil det være en fordel for alle virksomheder der anvender permanente magneter.

For Poul Due Jensens Fond (fonden bag Grundfos-koncernen) er Rasmus’ projekt et godt eksempel på hvordan fremragende forskning kan gå hånd i hånd med både anvendelse og samfundsrelevans.

"Vi er fra Poul Due Jensens Fond meget glade for at støtte et projekt der dels er drevet af den elementære nysgerrighed over for et uløst, grundvidenskabeligt problem, dels har meget konkrete perspektiver mht. at minimere anvendelsen af sjældne metaller som dysprosium i elektriske motorer."
Kim Nøhr Skibsted, fondsdirektør

Poul Due Jensens Fond har finansieret forskningsprojektet med en bevilling på 3,56 millioner. Projektet ventes at løbe frem til sommeren 2021

Forskningsstøtte

Poul Due Jensens Fond støtter udvalgte tekniske og naturvidenskabelige forskningsmiljøer.

Fremtidens pilekvist

Samarbejdspartner

Aarhus Universitet

AU Centre for Digital Twins

Samarbejdspartner

Aarhus Universitet

Microflora Danica

Samarbejdspartner

Aalborg Universitet

Open Additive Manufacturing

Samarbejdspartner

Danmarks Tekniske Universitet

Danske unge skal med til Stockholm Junior Water Prize

Samarbejdspartner

Naturvidenskabernes hus, Danmarks Tekniske Universitet

Digital forskning i verdensklasse i Aalborg

Samarbejdspartner

Aalborg Universitet

Inspirerende naturvidenskab for lærere og elever

Samarbejdspartner

Naturvidenskabernes hus

Laboratoriefaciliteter i verdensklasse

Samarbejdspartner

Aalborg Universitet

Mission: “nul-energi” trådløse transceivere

Samarbejdspartner

Aarhus Universitet