การออกแบบแม่เหล็กนีโอไดเมียมประสิทธิภาพสูงที่ปราศจาก dysprosium

Fujitsu Limited ประกาศในวันนี้ว่าในการวิจัยร่วมกับสถาบันวิทยาศาสตร์วัสดุแห่งชาติ (NIMS) และ Fujitsu Laboratories Ltd. ได้พัฒนาเครื่องจำลองการกลับคืนสนามแม่เหล็กที่ใหญ่ที่สุดในโลกโดยใช้ตาข่ายที่ครอบคลุมมากกว่า 300 ล้านไมโครภูมิภาค

จากเทคโนโลยีการจำลองการจำลองแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่พัฒนาขึ้นเป็นครั้งแรกในปี 2556 การพัฒนาใหม่นี้นำเสนออัลกอริทึมการคำนวณที่เร็วขึ้นและการประมวลผลแบบขนานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น การจำลองจะทำงานบนคอมพิวเตอร์ K นอกจากนี้ด้วยการใช้เทคโนโลยีนี้ฟูจิตสึได้ทำการจำลองขนาดใหญ่เพื่อชี้แจงความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างที่ดีของแม่เหล็กนีโอไดเมียมซึ่งเป็นแม่เหล็กถาวรชนิดหนึ่งและความแข็งแรงของแม่เหล็กโดยการตรวจสอบกระบวนการของการกลับตัวของแม่เหล็กในแม่เหล็กนีโอไดเมียม ผลลัพธ์ที่ได้แสดงให้เห็นถึงวิธีในการพัฒนาแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่มีความแข็งแรงสูงซึ่งมีการบีบบังคับมากกว่าสองเท่าของแม่เหล็กก่อนหน้าโดยไม่มี dysprosium ในแม่เหล็กนีโอไดเมียมธรรมดาการผสม dysprosium เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการเพิ่มความบีบบังคับแม่เหล็ก เทคนิคการจำลองเหล่านี้นำเสนอกฎการออกแบบที่ชัดเจนสำหรับแม่เหล็กนีโอไดเมียมประสิทธิภาพสูงที่ไม่พึ่งพา dysprosium Fujitsu และ NIMS จะนำเสนอร่วมกันเกี่ยวกับผลลัพธ์เหล่านี้ในการประชุม MMM-Intermag ร่วมครั้งที่ 13 ซึ่งดำเนินการ 11-15 มกราคม 2016 ในซานดิเอโกรัฐแคลิฟอร์เนีย

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาโมเมนตัมที่เพิ่มขึ้นสำหรับการอนุรักษ์พลังงานได้ให้ความสนใจกับการปรับปรุงประสิทธิภาพของมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่ใช้วัสดุแม่เหล็ก ปัจจุบันองค์ประกอบ Neodymium และ dysprosium เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้ในการผลิตแม่เหล็กถาวรที่ใช้เหล็กประสิทธิภาพสูงสุดสำหรับการใช้งานเหล่านี้ อย่างไรก็ตามในฐานะที่เป็นทรัพยากรธรรมชาติ dysprosium เป็นเพียงประมาณ 10% ที่พบได้ทั่วไปเหมือนกับของ Neodymium ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาเกี่ยวกับการจัดหาที่มั่นคง นี่คือเหตุผลที่มีความต้องการสูงในการพัฒนาแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่ปราศจาก dysprosium

เกี่ยวกับการจำลอง

ในปี 2013 ฟูจิตสึและ NIMS ร่วมกันพัฒนาเทคโนโลยีการจำลองการปรับสภาพแม่เหล็กขนาดใหญ่ที่ใช้วิธีการ จำกัด และไมโครมิเตอร์ การจำลองสถานการณ์เหล่านี้บนคอมพิวเตอร์ K ช่วยชี้แจงกลไกการบีบบังคับในแม่เหล็กนีโอไดเมียม ก่อนหน้านี้ dysprosium ถูกใช้ในแม่เหล็กนีโอไดเมียมเพื่อเพิ่มการบีบบังคับแรงต้านทานต่อสนามแม่เหล็กในระหว่างการทำงานของมอเตอร์และเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ในการพัฒนาแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่ไม่ได้ใช้ dysprosium การจำลองกระบวนการ demagnetization ภายใต้การปรากฏตัวของสนามแม่เหล็กย้อนกลับเป็นสิ่งจำเป็น ในทางกลับกันสิ่งนี้ต้องมีการจำลองที่ซับซ้อนอย่างมากเพื่อเป็นตัวแทนของกระบวนการกลับตัวของแม่เหล็กโดยใช้แบบจำลองของแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่มีตาข่ายแบ่งออกเป็น 1 นาโนเมตร ในตอนท้ายทีมวิจัยได้ทำการปรับปรุงอัลกอริทึมการคำนวณที่ใช้ในการจำลองและเพิ่มขึ้นขนานโดยปัจจัยประมาณสิบถึงมากกว่า 10,000 ซึ่งช่วยให้การคำนวณแบบขนานขนาดใหญ่มีประสิทธิภาพ สิ่งนี้ทำให้นักวิจัยสามารถพัฒนาเครื่องจำลองการกลับคืนสนามแม่เหล็กโดยใช้ตาข่ายที่มีโหนดมากกว่า 300 ล้านโหนดหรือมากกว่า 60 เท่าก่อนหน้านี้

สำหรับการจำลองนี้ทีมวิจัยได้สร้างโมเดล polycrystalline (รูปที่ 1) ซึ่งผลึก Neodymium-Magnet 27 รายการถูกผูกมัดด้วยแม่เหล็กและจำลองกระบวนการของการกลับตัวของแม่เหล็กในขณะที่แตกต่างกัน สิ่งนี้นำไปสู่การค้นพบว่าการเปลี่ยนแปลงความแข็งแรงของการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างแม่เหล็กระหว่างผลึกในทิศทางด้านข้างส่งผลกระทบอย่างมากต่อกระบวนการของการพลิกกลับแม่เหล็ก (รูปที่ 2) ในขณะที่การแยกแม่เหล็กในทิศทางตั้งฉากนั้นไม่มีประสิทธิภาพ การจำลองแสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกว่าการแยกแม่เหล็กของผลึกในทิศทางด้านข้างเป็นสองเท่าของการบีบบังคับของแม่เหล็กนีโอไดเมียมซึ่งสามารถกำจัดความต้องการ dysprosium การทดลองก่อนหน้านี้แยกธัญพืชแม่เหล็กในทิศทางตั้งฉากซึ่งไม่ได้ส่งผลให้มีการบีบบังคับสูงอย่างเพียงพอ การจำลองนี้แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนว่าแม้ว่าผลึกจะถูกผูกมัดในแนวตั้ง งานนี้แสดงทิศทางอย่างชัดเจนไปสู่การพัฒนาแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่แข็งแกร่งโดยไม่มี dysprosium

กระทรวงศึกษาธิการวัฒนธรรมกีฬาวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีโครงการริเริ่มกลยุทธ์การริเริ่มของ Elements Strategy "ดำเนินการที่ NIMS ในศูนย์ริเริ่มกลยุทธ์องค์ประกอบสำหรับวัสดุแม่เหล็กโดยมีจุดมุ่งหมายในการพัฒนาแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่ไม่จำเป็นต้องมี dysprosium ภายในปี 2560 เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ Fujitsu และ NIMS จะทำงานร่วมกันโดยใช้คอมพิวเตอร์ K เพื่อดำเนินการจำลองขนาดใหญ่อย่างต่อเนื่องซึ่งปูทางไปสู่การพัฒนาแม่เหล็กนีโอไดเมียมที่แข็งแกร่งซึ่งไม่ต้องการ dysprosium ซึ่งมีส่วนทำให้อุตสาหกรรมญี่ปุ่นโดยรวม