En forskargrupp från NIMS och Nagoya University har visat att en järnbaserad amorf legering, allmänt använd som ett mjukt magnetiskt material i transformatorer och motorer, kan omvandlas till ett "tvärgående" termoelektriskt omvandlingsmaterial som omvandlar elektriska och termiska strömmar i ortogonala riktningar , med bara en kort tids värmebehandling. Studien publiceras online i tidskriften Nature Communications
Detta är det första exemplet som belyser vikten av mikrostrukturteknik i utvecklingen av tvärgående termoelektriska omvandlingsmaterial och ger nya designriktlinjer för materialutveckling för att förverkliga miljövänlig kraftgenerering och termisk hanteringsteknik med hjälp av magnetiska material.
Användningen av tvärgående termoelektriska effekter i magnetiska material förväntas förenkla strukturen hos termoelektriska omvandlingsanordningar jämfört med de longitudinella termoelektriska effekterna, där elektriska och termiska strömmar omvandlas i parallella riktningar. Denna förenkling kan leda till ökad mångsidighet och hållbarhet hos enheterna, såväl som kostnadsminskning
Huvudfokus för utvecklingen av magnetiska material för transversell termoelektrisk omvandling har varit utforskningen av nya legeringar baserade på elektronisk struktur, utan forskning om mikrostrukturen i materialen.
Teamet har nu visat att en enkel tre minuters värmebehandling av en järnbaserad amorf legering, utan att ändra den genomsnittliga sammansättningen av materialet, avsevärt förbättrar prestandan hos den anomala Nernst-effekten – en av de tvärgående termoelektriska effekterna.
Den anomala Nernst-koefficienten, erhållen vid den optimala värmebehandlingstemperaturen, visade det högsta värdet som är känt bland magnetiska amorfa legeringar, och förbättringen visade sig vara signifikant påverkad av kopparfällningar i nanostorlek i legeringen. Detta resultat tyder på att inte bara den elektroniska strukturen och sammansättningen av materialet utan även designen och kontrollen av mikrostrukturen är viktiga för att förbättra den anomala Nernst-koefficienten.
Det framtagna magnetiska materialet kan enkelt massproduceras och skalas upp, och det är dessutom flexibelt. Genom att vidareutveckla magnetiska material med ännu högre anomala Nernst-koefficienter genom mikrostrukturkontroll, strävar teamet efter att tillämpa denna teknik på energiomvandlingar i elektroniska enheter och på termisk avkänningsteknik.
Mer information: Ravi Gautam et al, Skapande av flexibelt spin-kaloritroniskt material med gigantisk transversell termoelektrisk omvandling genom nanostrukturteknik, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46475-6
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av National Institute for Materials Science
