Nueva Clase de imán desafía a la Ciencia

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Una vista microscópica de células que presentan magnetostricción no Jouliano. Image: Harsh Chopra / Universidad de Temple

No todos los días alguien hace un descubrimiento que cambia un principio científico que ha sido aceptado durante 175 años. Pero eso es exactamente lo que hizo Harsh  Chopra, profesor y director de ingeniería mecánica en la Universidad de Temple, y Manfred Wuttig, profesor de ciencia de los materiales e ingeniería en la Universidad de Maryland, han hecho.

Su descubrimiento de una nueva clase de imanes desafía un principio científico largamente sostenido de que los materiales magnéticos a base de hierro cambiaban su forma, pero no su volumen, cuando se coloca en un campo magnético. En cambio, los nuevos imanes muestran un cambio de gran volumen “, hinchándose como pez globo”, dice Chopra. “Nuestros hallazgos cambian fundamentalmente la manera en que pensamos acerca de un determinado tipo de magnetismo que ha estado en vigor desde 1841.”

Fue entonces cuando el físico James Prescott Joule descubrió que los materiales magneticos a base de hierro se alargan y estrechan anisotrópicamente, pero no cambian su volumen, cuando se colocan en un campo magnético, un fenómeno llamado “magnetostricción Joule.” Desde su descubrimiento hace 175 años, todos los imanes se han adherido a este principio de conservación de volumen.

Estructura interna

Chopra y Wuttig descubrieron que cuando son tratados térmicamente ciertos Fe-Ga, Fe-Al y aleaciones de Fe-GE a aproximadamente 760 grados Celsius durante 30 minutos, luego se enfriaron rápidamente a temperatura ambiente, los materiales expuestos mostraron comportamiento no Jouliano mediante la expansión en volumen.

Una vista microscópica de células que presentan magnetostricción no Jouliano. Image: Harsh Chopra / Universidad de Temple

“La respuesta de estos imanes difiere fundamentalmente de lo que probablemente imaginó Joule”, comenta Wuttig. “Él debe haber pensado que todos los imanes responden de una manera uniforme.”

“Imanes no Joulianos” Las investigaciones se caracterizan por grandes cambios de volumen en los campos magnéticos. También encontraron que los materiales tratados térmicamente contenían estructuras celulares microscópicas como nunca antes se ha visto que permiten que los imanes se expandan. “Conocer la existencia de esta estructura única permitirá a los investigadores a desarrollar nuevos materiales con propiedades igualmente atractivas”, afirma Wuttig.

Imanes para no Joulianos también generan cantidades insignificantes de perdida de calor durante la recolección de energía. Este avance tiene potencial, no sólo para desplazar a las tecnologías existentes, sino para crear nuevas aplicaciones debido a la inusual combinación de propiedades magnéticas.

Por ejemplo, un área de aplicación se encuentra en el desarrollo de actuadores magnéticos compactos y eficientes con poca firma térmica del calor residual. Imanes convencionales pueden utilizarse como un dispositivo de accionamiento para ejercer una fuerza y abrir una válvula, por ejemplo, pero que sólo operan en una dirección, ya que todos los imanes están limitados por magnetostricción Joule. La actuación en dos direcciones en el marco del paradigma de Joule requiere pilas voluminosos de imanes, que son ineficientes e impiden la miniaturización significativa. “Sin embargo”, indica Chopra, “los imanes no Joulianos pueden expandirse en todas direcciones cuando se aplica un campo magnético externo, lo que debería hacer posible la construcción de actuadores omnidireccionales de energía eficientes y compactas para dispositivos mecánicos y sistemas microelectromecánicos.”

Chopra es todavía un poco sorprendido por el descubrimiento de un nuevo principio físico que contrarresta lo que se ha aceptado la comunidad científica durante 175 años.

 

Referencia: www.asme.org

 


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