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反铁磁有巨大热电动势效应
2017-08-17 00:08

科技日报东京8月15日电 (记者陈超)在磁性发电原理中,热电动势与温差和磁化的大小成比例。科学家们此前认为,只有具有强磁性的铁磁材料才会出现这种现象。而最近,日本东京大学的一个研究小组发现,在反铁磁锰合金中也具有自发性的巨大热电动势效应。这一发现使应用磁性体的热发电成为可能。

利用热量直接产生电能的方法称为热发电。如利用汽车发动机、计算机服务器等产生的废热发电;或利用温泉、太阳能、地热等自然界的热能发电。热电转换元件能把热能转换成电能,其基础原理是有温差的材料两端会产生电动势。利用该原理研制的发电装置,温差越大发电量越多。由于没有多余运动部件,发电装置还可实现小型化长寿命。

目前使用的发电元件是非磁性半导体材料,由于温差方向和电动势的提取方向相同,因此不得不做成大型立体结构,导致设备制造工程复杂,成本飙升。而使用磁性材料的热电元件,温差与磁化和电动势互相垂直,因此产生热电动势的原件结构可设计得较为简单。锰合金由廉价无毒元素构成,易于晶体生长,是一种较为实用的材料。

此次,研究小组打破常规,首次发现了具有1%以下磁化的反铁磁,有着与铁磁同等或更大的自发性巨大热电动势效应,这一利用物质磁性的发电原理与以往温差原理不同。迄今为止,利用铁磁性体的热电材料由于漏磁的影响,被视为不可能实现高集成化。而反铁磁的整体自旋几乎没有漏磁,使以往认为不可能的高集成化高输出成为可能。

这项成果近日在线发表于《自然物理》上。研究小组今后将继续对反铁磁性元件进行研究,寻找更适于高热电动势的物质。

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