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日本发现强磁性材料的热电性能显著提高现象

2019年03月15日 电子电气
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日本国立研究开发法人物质材料研究机构(NIMS)与日立制作所公司在较弱的强磁性金属合金中发现,在失去磁性的温度临界点附近,热电性能呈现出显著提高。这是首次有研究结果表明强磁性材料的磁性变化会使热电性能大幅提高的现象,有望成为设计高效率热电材料的新指南。

日本发现强磁性材料的热电性能显著提高现象 此次制作的强磁性合金样品

此次制作的强磁性合金样品

将热量转换成电力的热电转换技术可用于工厂等的废热利用以及向IoT器件供电等,全球都在研发拥有高转换效率的热电材料。但由于材料的热电性能与很多物理性质有关,特性并不容易提高。因此,需要有超越现有框架的新开发指南。此前NIMS观测发现,通过向没有磁性的热电材料中添加磁性元素,作为热电材料发电量指标的输出因子会增加,因此着眼于磁性与热电性能的相关性,展开了旨在提高热电性能的研究。

此次,研发小组将研究对象扩大到材料自身也有磁性的金属材料,对热电性能进行了调查,在强磁性材料的合金中观察到了热电性能显著提高的现象。研究发现,这种强磁性材料是含铁(Fe)、钒(V)、铝(Al)和硅(Si)的弱强磁性合金,在强磁性转变温度(Tc)附近非常大的温度范围内均观察到了热电性能提高的现象,尤其是Tc接近室温时,在Tc附近的温度下,转换效率最大可提高2倍左右。原因被认为是,金属强磁性材料特有的“自旋波动”具有高效率吸收热量并将其转换成电子能量的性质。

此次的发现表明,可以利用在室温显示出强磁性的物质制作高效热电材料。今后,通过将该效果应用于电子状态计算和数据驱动型材料探索,有望加速高性能热电材料的开发,促进在日常生活中利用的热电发电元件。

相关研究成果已于2019年2月22日发布在《Science Advances》杂志上。

文 JST客观日本编辑部

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