Printing cool magnets : How laser-assisted generation and direct writing of magnetocaloric nanomagnets can influence the advancement of miniaturized technologies
Magnetocaloric refrigeration is a promising alternative to the conventional gasbased refrigeration systems. It is based on the reversible temperature variation produced in certain materials by exposing them to an alternating external magnetic field. This technique offers low environmental impact, higher efficiency and compact, solid state-based refrigeration capacity. To facilitate the integration of magnetocaloric refrigeration in miniaturized devices, the generation of magnetocaloric structures with custom geometries at micrometric resolution is required.
Erstmals konnte gezeigt werden, wie magnetokalorische FeRh-Nanomagnete durch Laserbestrahlung erzeugt und in maßgeschneiderten Strukturen gedruckt werden können. Die Nanomagnete wurden mithilfe der Laserablation eines massiven FeRh-Targets in Ethanol hergestellt. Die nahezu äquiatomic FeRh-Legierungspartikel wurden unter Vermeidung von Oxidation synthetisiert, um negative Auswirkungen auf ihre magnetischen und magnetokalorischen Eigenschaften zu verhindern. Die FeRh-Nanopartikel wurden dann durch Verdampfen des Lösungsmittels zu einer Tinte mit einem Anteil von 1 Gew.-% Nanopartikeln formuliert. Ethanol wurde als flüssiges Medium für die Tintenformulierung während der Ablation gewählt, um eine optimale Dispersion der Nanopartikel auf einem Glassubstrat zu ermöglichen. Anschließend wurde die Tinte auf das mit Polymer beschichtete Glassubstrat aufgetragen und mit einem CW-Laser gesintert, um die Herstellung maßgeschneiderter Strukturen mit reduziertem elektrischen Schichtwiderstand und einer räumlichen Auflösung von 40 μm zu demonstrieren. Dieses Verfahren kann auf verschiedene Materialien angewendet werden und voraussichtlich zur Herstellung magnetokalorischer Tinten für die Kühlung von Miniaturgeräten, Wärmepumpen, Wärmesensoren und biomedizinischen Anwendungen verwendet werden.
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