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

Солнечная защита Земли: новые детали Солнечная защита Земли: новые детали

Галактические космические лучи — очень опасный тип радиации

Наука и жизнь
Как сохранить близость с детьми, даже когда они становятся взрослыми Как сохранить близость с детьми, даже когда они становятся взрослыми

Если вы хотите, чтобы ваши дети всегда доверяли вам, следуйте этим советам

Inc.
Русская выхухоль, живи! Русская выхухоль, живи!

Если бы выхухоль умела говорить, то воззвала бы: «О люди, люди!»

Наука и жизнь
«Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю» «Я женюсь на Гале каждый момент, когда на нее смотрю»

Галина Вишневская и Мстислав Ростропович. Две выдающиеся личности

OK!
Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 2 Русско-американские отношения в XIX веке. Часть 2

Какими были отношения США и России накануне войны между Севером и Югом

Наука и техника
«Двойка» за хорошее поведение «Двойка» за хорошее поведение

BMW M2 Gran Coupe: баварское купе, которое на самом деле седан

Автопилот
Звезды манящие Звезды манящие

Ослепительная вспышка, которой уже некого слепить, миг неуловимый

Знание – сила
Золотые гривы Золотые гривы

Как в Ивашкове появилось ранчо с золотогривыми лошадьми

Отдых в России
Патриотизм «подлинный» и «показной» Патриотизм «подлинный» и «показной»

Некогда мы гордились тем, что считали себя самой читающей страной

Дилетант
Очень странные дела Очень странные дела

Какие бьюти-тренды из соцсетей искренне настораживают косметологов

Лиза
Монеты в восточной пыли Монеты в восточной пыли

Важным источником наших знаний об античной истории являются монеты

Знание – сила
Возвращение гребного колеса Возвращение гребного колеса

Первые упоминания о гребном колесе относятся еще к древнейшим временам...

Наука и техника
Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед Биология на рубеже веков, или Сто лет тому вперед

Биология в 1900-х годах по темпам своего развития ничуть не отставала от физики

Знание – сила
Неуместные следы и водоплавающий единорог: злоключения Карла Бау Неуместные следы и водоплавающий единорог: злоключения Карла Бау

«Научный» креационизм. Мифы и предубеждения

Наука и техника
Недоросли, скотинины, бригадиры и Стародум Недоросли, скотинины, бригадиры и Стародум

И спустя 200 лет пьесы Дениса Фонвизина остаются интересны и востребованы

Знание – сила
Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика? Космический буксир: мирный атом или ненаучная фантастика?

Чем интересна перспектива использования ядерного двигателя в космосе?

Наука и техника
Весна в облигациях Весна в облигациях

Бизнес не намерен снижать программы по капитальным инвестициям

Ведомости
Мария Мацель: «Теперь наконец я могу делать и что-то свое» Мария Мацель: «Теперь наконец я могу делать и что-то свое»

Актриса Мария Мацель — о том, как снимаются фильмы-сны

Ведомости
Сарацинка, воительница, христианка Сарацинка, воительница, христианка

В эпоху джахилийи у разных племен бедуинов положение женщин различалось

Знание – сила
Революция со счастливым концом Революция со счастливым концом

Рубеж XIX и XX веков отмечен бурными событиями в целом ряде наук

Знание – сила
Керосиновая история Керосиновая история

Жизнь в послевоенном социализме делится на «время керосина» и «время газа»

Знание – сила
Сверхурочная экономика Сверхурочная экономика

Власти и работодатели концептуально договорились об изменении Трудового кодекса

Ведомости
Культура сбережений: зачем откладывать на завтра то, что можно потратить сегодня? Культура сбережений: зачем откладывать на завтра то, что можно потратить сегодня?

Зачем каждому гражданину нужно выработать у себя привычку делать сбережения?

Наука и техника
Кто же все-таки виноват Кто же все-таки виноват

«Переходный возраст» — сериал, который только вышел и уже самый обсуждаемый

Weekend
Когда медицинские практики прошлого у нас в крови… Когда медицинские практики прошлого у нас в крови…

На протяжении почти 2000 лет для лечения болезней использовалось кровопускание

Знание – сила
Зарплатно-гендерный вопрос Зарплатно-гендерный вопрос

Удовлетворенность размером зарплаты среди мужчин и женщин практически сравнялась

Ведомости
Угольщикам недогрузили триллионы Угольщикам недогрузили триллионы

Минэнерго оценило потери российской угольной отрасли в 2 трлн руб

Ведомости
Город нереализованных генпланов Город нереализованных генпланов

Нижний Новгород — лоскутное одеяло из обрывков больших проектов

Weekend
Островский – революция в русском театре Островский – революция в русском театре

Гончаров, известный трилогией на букву «О», был интересным и метким критиком

Знание – сила
Коллекция суеверий Коллекция суеверий

Угличский музей мистики Дарьи Чужой переосмысляет фольклор

Отдых в России
Открыть в приложении