TY  - THES
AB  - Kühltechnologien sind für das moderne Leben unverzichtbar, etwa für die Lebensmittelkonservierung und den medizinischen Transport. Der Großteil heutiger Kühlsysteme basiert jedoch weiterhin auf Dampfkompressionsverfahren, deren Einsatz von Kältemitteln mit ökologischen und energetischen Herausforderungen verbunden ist. Die magnetische Kühlung auf Grundlage des magnetokalorischen Effekts stellt hierzu eine vielversprechende Festkörperalternative dar, da sie das Potenzial für höhere Energieeffizienz, kompakte Bauweisen und eine geringere Umweltbelastung bietet. Vor diesem Hintergrund untersucht diese Arbeit die Entwicklung seltenerdfreier magnetokalorischer Materialien mittels gepulster Laserablation in Flüssigkeiten (PLAL) und Lasersintern zur Synthese und Strukturierung zusammensetzungskomplexer Legierungen (CCAs) auf der Nanoskala. Durch die Bearbeitung zentraler Fragestellungen der Zusammensetzungskontrolle, Phasenstabilität und Miniaturisierung leistet diese Arbeit einen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Festkörper-Kühltechnologien.Ein Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Untersuchung von mittels PLAL hergestellten Nanopartikeln jenseits binärer Systeme, insbesondere ternären und zusammensetzungskomplexen Legierungen, sowie auf dem Einfluss der Zusammensetzung auf Phasenstabilität und magnetische Übergänge. Im Gegensatz zu Bulk-Materialien, die typischerweise ferromagnetisch-paramagnetische Übergänge zeigen, weisen die synthetisierten Nanopartikel ein superparamagnetisches Verhalten auf. Dies verdeutlicht den starken Einfluss der Partikelgröße auf die magnetischen Eigenschaften magnetokalorischer Systeme. Zudem wurde gezeigt, dass die Wahl der Target-Herstellungsstrategie einen entscheidenden Einfluss auf Produktivität, Zusammensetzung und Phasenstabilität der Nanopartikel hat. Als besonders vielseitig und kosteneffizient erwiesen sich gepresste und gesinterte Targets auf Basis elementarer oder legierter Pulver. Dies zeigte sich insbesondere bei Al-basierten zusammensetzungskomplexen Legierungen, bei denen selbstgemischte und gepresste Targets eine skalierbare Syntheseroute ermöglichen und gleichzeitig den Ersatz des knappen Elements Ge erlauben, ohne die funktionellen Eigenschaften wesentlich zu beeinträchtigen. Gleichzeitig erlaubt dieser Ansatz eine präzise Zusammensetzungssteuerung, wie am Beispiel von NiMnSn-Nanopartikeln gezeigt wurde, bei denen Mn-Verluste während der Ablation durch eine gezielte Anpassung der Ausgangszusammensetzung kompensiert werden konnten. Die synthetisierten NiMnSn-Heusler-Nanopartikel, Ge-basierten zusammensetzungskomplexen Legierungsnanopartikel und Al-basierten zusammensetzungskomplexen Legierungsnanopartikel zeigen magnetische Übergangstemperaturen im niedrigen bis nahe Raumtemperaturbereich (300 K, 179 K bzw. 263 K) und stellen damit vielversprechende seltenerdfreie Kandidaten für magnetokalorische Anwendungen dar.Ein weiterer Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Formulierung nanopartikelbasierter Tinten sowie die laserbasierte Herstellung magnetokalorischer Mikrostrukturen mit Auflösungen im Mikrometerbereich. Die Ergebnisse zeigen, dass kontinuierliches Lasersintern die direkte Strukturierung und Phasenkontrolle von FeRh- und NiMnSn-basierten Mikrostrukturen ermöglicht. Neben einer verbesserten Auflösung und effizienteren Phasenumwandlung führt das Lasersintern auch zu einer Verbesserung der magnetischen Eigenschaften. Bei FeRh-Nanopartikeltinten erhöht das Lasersintern die antiferromagnetisch-ferromagnetische Magnetisierungsänderung im Vergleich zur konventionellen Wärmebehandlung um den Faktor vier. Bei NiMnSn-Mikropartikeln steigt die Magnetisierung nach dem Lasersintern ebenfalls an, wodurch sich ihre Eignung für funktionale magnetokalorische Bauelemente weiter verbessert. Diese Ergebnisse etablieren das laserbasierte 2D-Drucken als skalierbaren und präzisen Fertigungsansatz für die Integration magnetokalorischer Materialien in Anwendungen wie die Mikroelektronikkühlung und MEMS.Durch die Kombination von Nanopartikelsynthese und Laserstrukturierung etabliert diese Arbeit PLAL und Laserprozesse als komplementäre Werkzeuge für die Entwicklung magnetokalorischer Materialien der nächsten Generation und eröffnet neue Möglichkeiten für kompakte, nachhaltige und effiziente Wärmemanagementlösungen.
AU  - Tahir, Shabbir
CY  - Wuppertal
DO  - 10.25926/BUW/0-1020
DP  - Bergische Universität Wuppertal
LA  - eng
N1  - Bergische Universität Wuppertal, Dissertation, 2025
PB  - Veröffentlichungen der Universität
PY  - 2026
SP  - 1 Online-Ressource (xviii, 165 Seiten)
T2  - Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik
TI  - Laser-based synthesis and sintering of binary, ternary, and compositionally complex alloy nanoparticles for magnetocaloric cooling
UR  - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:468-2-7065
Y2  - 2026-06-20T13:19:54
ER  -