Introduzione

Il brevetto riguarda un metodo di preparazione del materiale magnetico AlFe2B2 per mezzo di una reazione di sintesi per combustione innescata mediante esposizione a microonde, con successiva procedura di purificazione del composto basata sulla tecnica di separazione magnetica, per rimuovere i sottoprodotti di reazione ottenuti dalla combustione. Il metodo è caratterizzato da un riscaldamento delle materie prime estremamente efficace, veloce e selettivo grazie all’impiego di specifiche guide d’onda che permettono l’utilizzo delle microonde in campo prevalentemente elettrico o magnetico. Il composto AlFe2B2 è un materiale magnetocalorico economico, leggero e privo di terre rare e può essere impiegato nello sviluppo di tecnologie sostenibili per la refrigerazione e il recupero di calore di scarto.

 

Caratteristiche Tecniche

Attraverso delle microonde si innesca una reazione di combustione per la realizzazione del composto AlFe2B2, partendo da polveri elementali ad elevata purezza (Fe, Al, B) o da polveri prealligate (Fe-Al, Fe-B,..). L’utilizzo di un particolare reattore/guida d’onda permette di operare con campi (prevalentemente) elettrici o magnetici ad alta frequenza (microonde, banda ISM da 6.765 MHz a 246 GHz). Attraverso le microonde si ottiene sia un riscaldamento selettivo dei precursori, che volumetrico (gradiente di temperatura interno al campione molto piccolo) delle materie prime da trattare, permettendo di ottenere una maggiore quantità della fase desiderata e meno sottoprodotti rispetto a sintesi convenzionali. In questo metodo si sfrutta il passaggio ferro-para magnetismo (Temperatura di Curie o critica, Tc) della fase AlFe2B2 che si verifica a circa 300 K. I sottoprodotti della reazione possono essere sia ferromagnetici (es. alluminuri di ferro ad alta concentrazione di Fe, Fe non reagito) fino a temperature di circa 500 K, che paramagnetici (es. ossidi di Fe, ossidi di B, ossidi di Al, alluminuri di Fe come Al13Fe4, ecc.). Portando prodotti di reazione ad una temperatura inferiore alla Tc della fase AlFe2B2, e sottoponendoli ad un campo magnetico esterno vengono separati AlFe2B2 dai sottoprodotti paramagnetici.

Possibili Applicazioni

• Realizzazione di elementi attivi per refrigeratori magnetici con applicazioni nell’industria del freddo (frigoriferi, freezer, refrigeramento in generale, condizionamento, pompe di calore);
• Realizzazione di elementi attivi per lo sviluppo di nuove soluzioni per l’energy harvesting termomagnetico mediante il recupero di calore a bassa entalpia;
• Sviluppo di applicatori a microonde su larga scala per la sintesi del composto AlFe2Be a livello industriale.

Vantaggi

Il metodo di riscaldamento delle materie prime genera significativi vantaggi in termini di velocità, efficienza e semplicità con cui si riesce ad ottenere la fase desiderata rispetto ai metodi di preparazione del composto presenti nello stato dell’arte (fusioni ad arco o ad induzione seguite da lunghi trattamenti termici ad alta temperatura e pulizie con acidi concentrati ad elevato impatto ambientale).