發現一種新磁性材料,室溫下磁熱效應提高 10 倍

發佈日期: 2018 年 08 月 06 日 9:09 | 作者: | 分類: 產業資訊

日本物理學家找到外爾磁體(Weyl magnets)的一種新特殊材料,基於全新的量子效應帶來強大異常能斯特效應並發電,能應用在遙測設備或醫療植入物領域。

我們生活周遭存在各式各樣被浪費的熱能,科學家很努力在尋找能有效將廢熱轉為電力的方法,包括最近由日本東京大學物理學家 Satoru Nakatsuji 領導的團隊,他們利用新材料的異常能斯特效應(anomalous Nernst effect),創造出新一代低功耗、低維護需求的電子設備動力源。

當磁化材料放在磁場中時溫度會上升,離開磁場時溫度降低,稱為磁熱效應(magneto-caloric effect)。目前商業熱電轉換元件多使用基於賽貝克效應的非磁性半導體,但 Satoru Nakatsuji 解釋,塞貝克效應的電壓方向與溫度梯度平行,而異常能斯特效應類似塞貝克效應,只不過異常能斯特效應沿著磁化金屬片產生電壓,垂直於溫度梯度,因此更容易大面積發電。

然而,迄今為止磁性材料的異常能斯特效應極小,因此難以應用在熱電領域。

團隊現在從稱為外爾磁體的特殊磁性材料 Co2MnGa 中,觀察到這種金屬擁有極強大的異常能斯特效應,基於這種效應的元件其結構比賽貝克效應簡單許多,更重要的是在室溫下效率也很高,磁熱效應(異常能斯特效應)是迄今為止世界已知最高值的 10 倍,因此未來有機會大量生產此類設備。

不過研究人員坦承還有個問題,異常能斯特效應產生的電壓大概只有賽貝克效應的 0.1%,可能無法馬上就應用在太空探測器。Satoru Nakatsuji 說,但鑑於其他優勢,相關技術進展將會相當快速,從 2015 年發現外爾磁體熱電堆以來,效率已經一路提升了 1,000 倍。新研究發表在《自然─物理》(Nature Physics)期刊。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:東京大學

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