Transformerer almindelige bløde magneter til næste generations termoelektriske konverteringsmaterialer med 3-minutters varmebehandling

Et forskerhold fra NIMS og Nagoya University har påvist, at en jernbaseret amorf legering, der i vid udstrækning anvendes som et blødt magnetisk materiale i transformere og motorer, kan omdannes til et "tværgående" termoelektrisk konverteringsmateriale, der omdanner elektriske og termiske strømme i ortogonale retninger , med kun en kort periode med varmebehandling. Undersøgelsen er offentliggjort online i tidsskriftet Nature Communications

Dette er det første eksempel, der fremhæver betydningen af ​​mikrostrukturteknologi i udviklingen af ​​tværgående termoelektriske konverteringsmaterialer og giver nye designretningslinjer for materialeudvikling for at realisere miljøvenlig energiproduktion og termiske styringsteknologier ved hjælp af magnetiske materialer.

Brugen af ​​tværgående termoelektriske effekter i magnetiske materialer forventes at forenkle strukturen af ​​termoelektriske konverteringsanordninger sammenlignet med de langsgående termoelektriske effekter, hvor elektriske og termiske strømme konverteres i parallelle retninger. Denne forenkling kan føre til øget alsidighed og holdbarhed af enhederne samt omkostningsreduktion

Hovedfokus for udviklingen af ​​magnetiske materialer til tværgående termoelektrisk konvertering har været udforskningen af ​​nye legeringer baseret på elektronisk struktur, uden forskning i mikrostrukturen i materialerne.

Holdet har nu demonstreret, at en simpel tre-minutters varmebehandling af en jernbaseret amorf legering, uden at ændre den gennemsnitlige sammensætning af materialet, markant forbedrer ydeevnen af ​​den unormale Nernst-effekt - en af ​​de tværgående termoelektriske effekter.

Den unormale Nernst-koefficient, opnået ved den optimale varmebehandlingstemperatur, viste den højeste værdi kendt blandt magnetiske amorfe legeringer, og forbedringen viste sig at være væsentligt påvirket af kobberudfældninger i nanostørrelse i legeringen. Dette resultat tyder på, at ikke kun den elektroniske struktur og sammensætning af materialet, men også designet og kontrollen af ​​mikrostrukturen er vigtig for at forbedre den unormale Nernst-koefficient.

Det udviklede magnetiske materiale kan nemt masseproduceres og opskaleres, og det er også fleksibelt. Ved at videreudvikle magnetiske materialer med endnu højere unormale Nernst-koefficienter gennem mikrostrukturkontrol, sigter holdet mod at anvende denne teknologi til energiomdannelser i elektroniske enheder og til termiske sensing-teknologier.

Flere oplysninger: Ravi Gautam et al., skabelse af fleksibelt spin-kaloritronisk materiale med gigantisk tværgående termoelektrisk konvertering ved nanostrukturteknik, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46475-6

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af National Institute for Materials Science