Az acél mágnesességének titkára végre fény derült

Az acél belső szerkezetének titkai

A vas és szén ötvözetéből készülő acél világszerte az egyik legfontosabb építőanyag. Belső szerkezetének kialakításához azonban rendkívül magas hőmérséklet szükséges, ami jelentős energiaigénnyel jár. Már korábban is tapasztalták, hogy bizonyos acéltípusok mágneses térben hőkezelve jobb tulajdonságokat mutatnak, de a jelenség pontos oka eddig rejtély maradt. Dallas Trinkle, a Grainger College of Engineering kutatója és csapata most először sikeresen azonosította azt a fizikai mechanizmust, amely mögött a mágneses tér hatása áll. Érdemes kiemelni, hogy a szénatomok az acél szerkezetében apró „ketrecekben” helyezkednek el a vasatomok között, és a mágneses tér ezen belül akadályozza a szénatomok mozgását.

Úttörő szimulációk a mágneses tér szerepéről

A kutatók számítógépes szimulációk segítségével vizsgálták meg, miként alakulnak az atomok mágneses tulajdonságai. A spin-tér átlagolás (spin-space averaging) módszerével modellezték, hogyan igazodnak a vasatomok mágneses pólusai a különböző hőmérsékleteken és mágneses térben. Amikor a vasatomok „északi” és „déli” pólusai egy irányba állnak, az anyag erősen mágnesezett (ferromágneses); ha nem, gyenge a mágnesesség (paramágneses). A kutatások arra is rámutattak, hogy a mágneses rendezettség növekedése magasabb energiagátat állít a szénatomok útjába, így azok nehezebben mozdulnak el a szerkezeten belül.

Erősebb acél, tisztább jövő

Az új ismereteknek köszönhetően az acélfeldolgozás energiaigénye és költsége csökkenthető, miközben a szén-dioxid-kibocsátás is mérséklődik. A felfedezés más anyagoknál is alkalmazható lehet: a tudósok most már pontosan tudják, milyen módon befolyásolják a mágneses terek az atomok mozgását, ami széles körben hasznosítható új ötvözetek tervezésében is.

2025, adminboss, www.sciencedaily.com alapján