研究人员发现了一种将废热转化为电能为小型设备提供动力的新方法

时间:2020-05-16 19:43 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

研究人员发现了一种将废热转化为电能为小型设备提供动力的新方法

一个薄的,铁为基础的发电机利用余热提供少量的电力。

研究人员发现了一种用无毒材料将热能转化为电能的方法。这种材料主要是铁,考虑到其相对丰富的储量,铁非常便宜。基于这种材料的发电机可以驱动小型设备,如远程传感器或可穿戴设备。这种材料可以很薄,因此可以做成各种形状。

天下没有免费的午餐,也没有免费的能量。但是,如果你的能量需求足够低,例如,在一个小传感器的情况下,某种类型的,然后有一种方法来利用热能来供应你的电力没有电线或电池。从他的实验室研究助理Akito酒井法子和小组成员东京大学固体物理研究所和物理系教授领导Satoru Nakatsuji和应用物理学系教授领导Ryotaro Arita,已经采取措施对这一目标的创新铁基热电材料。

研究人员发现了一种将废热转化为电能为小型设备提供动力的新方法

到目前为止,所有关于热电产生的研究都集中在已建立但有限的塞贝克效应上。Nakatsuji说。相比之下,我们关注的是一种相对不太熟悉的现象,即反常能量效应(ANE)。

ANE产生的电压垂直于穿过合适材料表面的温度梯度的方向。如果能更容易地获得合适的材料,这种现象将有助于简化热电发电机的设计并提高其转换效率。

研究人员发现了一种将废热转化为电能为小型设备提供动力的新方法

我们用一种叫做掺杂的方法制造了一种75%的铁和25%的铝(Fe3Al)或镓(Fe3Ga)的材料。酒井法子说。这极大地促进了ANE的发展。我们发现,与未掺杂的样品相比,电压跃升了20倍,这一发现令人兴奋。

这并不是该团队第一次展示ANE,但之前的实验使用的材料比铁更容易获得,也更昂贵。这种设备的吸引力部分在于它的低成本和无毒成分,但也在于它可以以薄膜的形式制作,这样就可以进行模塑,以适应各种应用。

基于塞贝克效应,我们现在能够创造出的薄而灵活的结构能够比发电机更有效地获取能量。酒井法子解释道。我希望我们的发现能推动热电技术应用于可穿戴设备,在电池无法使用的地方安装远程传感器,等等。

在近代以前,材料科学的这种发展主要来自于实验的重复迭代和改进,这既耗时又昂贵。但该团队严重依赖于计算方法进行数值计算,有效地缩短了最初想法和成功证明之间的时间。

数值计算对我们的发现作出了很大的贡献;例如,高速自动计算帮助我们找到合适的材料进行测试。Nakatsuji说。基于量子力学的第一性原理计算简化了分析电子结构的过程,我们称之为节点网,这对我们的实验至关重要。

到目前为止,这种数值计算还是非常困难的。Arita说。因此,我们希望不仅我们的材料,而且我们的计算技术也能成为对其他人有用的工具。我们都渴望有一天看到基于我们的发现的设备。

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参考:"铁基二元铁磁铁横向热电转换"由明藤酒, Susumu Minami、 高桥 Koretsune、 陈大石、 东木雅喜、王阳明、野本太郎、平山郁贺、新治三郎、西洋洋、石井富子、瑞太郎和中田忠正彦,2020年4月27日,《自然》。

DOI: 10.1038/s41586-020-2230-Z

这部分工作由波峰(JPMJCR18T3),转眼间(JPMJPR15N5)、日本科学技术振兴机构,由Grants-in-Aids科研创新的区域(JP15H05882和JP15H05883)从教育部,文化,体育,科学,和日本技术,科学研究补助金(JP16H02209 JP16H06345, JP19H00650)促进日本社会的科学(jsp)。适合采用基于计算的部分支持由jsp科研补助金在创新领域(JP18H04481和JP19H05825)和下边了作为一个社会和科学优先问题(创建新功能支持下一代工业设备和高性能材料)被使用post-K解决计算机(hp180206和hp190169)。

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