Trong các động cơ điện truyền thống, rotor và stator thường được làm từ hợp kim sắt có cấu trúc tinh thể. Khi từ trường thay đổi liên tục trong quá trình vận hành, các vùng từ nhỏ bên trong vật liệu phải liên tục tái sắp xếp, nhưng cấu trúc tinh thể lại cản trở quá trình này, gây ra ma sát vi mô và tổn hao năng lượng dưới dạng nhiệt. Đây chính là nguyên nhân dẫn đến hiện tượng tổn hao từ trễ (hysteresis loss), làm giảm hiệu suất tổng thể của động cơ.

Để khắc phục, nhóm nghiên cứu đã phát triển hợp kim kim loại vô định hình – hay còn gọi là kim loại kính – với cấu trúc nguyên tử không có trật tự tinh thể. Nhờ cấu trúc này, các vùng từ (Weiss domains) có thể tái định hướng tự do khi từ trường thay đổi, giúp giảm gần như toàn bộ tổn hao năng lượng trong quá trình từ hóa và khử từ. Kết quả là động cơ hoạt động hiệu quả hơn và sinh nhiệt ít hơn đáng kể.

Việc chế tạo vật liệu này cũng là một thách thức lớn. Nhóm đã sử dụng công nghệ in 3D kim loại dạng Laser Powder Bed Fusion, trong đó bột hợp kim được nung chảy bằng laser theo từng lớp và làm nguội cực nhanh để “đóng băng” cấu trúc vô định hình trước khi kịp kết tinh. Quá trình này đóng vai trò then chốt để duy trì đặc tính “giống kính” của vật liệu.

Sau khi thử nghiệm hàng trăm thành phần hợp kim khác nhau trong không gian tổ hợp đa chiều, nhóm nghiên cứu đã xác định được ba loại hợp kim có khả năng chống kết tinh tốt và phù hợp cho in 3D, đồng thời đáp ứng yêu cầu từ tính cho động cơ điện. Đây là bước đột phá quan trọng, vì trước đó việc vừa đảm bảo tính chất từ tốt vừa có thể sản xuất bằng công nghệ in 3D là một thách thức lớn.

Với hiệu suất cải thiện rõ rệt, công nghệ này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xe điện, xe đạp điện, drone và máy móc công nghiệp. Động cơ sử dụng kim loại kính có thể hoạt động hiệu quả hơn, giảm tiêu hao năng lượng và tăng tuổi thọ thiết bị. Sự hợp tác giữa Đại học Saarland và dự án AM2SoftMag cho thấy vai trò quan trọng của các chương trình nghiên cứu liên quốc gia trong việc thúc đẩy đổi mới vật liệu và công nghệ năng lượng trong tương lai.