Un equipo de investigación del NIMS ideó un nuevo mecanismo de generación termoeléctrica con una estructura híbrida compuesta de materiales termoeléctricos y magnéticos. Luego, el equipo fabricó esta estructura y observó la termopotencia récord que aparece en la dirección perpendicular a un gradiente de temperatura es decir, transversalgeneración termoeléctrica .Estos resultados pueden ofrecer información sobre nuevos mecanismos y diseños estructurales aplicables al desarrollo de tecnologías versátiles de recolección de energía y sensores de flujo de calor altamente sensibles.
El efecto Seebeck es un fenómeno en el que un gradiente de temperatura a través de un metal o semiconductor se convierte en un voltaje termoeléctrico. Debido a que este efecto se puede utilizar para convertir el calor residual en energía eléctrica, sus aplicaciones potenciales por ejemplo, fuentes de energía autónomas para IoTdispositivos han sido ampliamente estudiados. Sin embargo, la generación termoeléctrica impulsada por el efecto Seebeck tiene desventajas: una termoeléctrica se genera a lo largo de la dirección de un gradiente de temperatura es decir, generación termoeléctrica longitudinal. Debido a esta relación paralela, un material termoeléctrico debe serextendido en la dirección de un gradiente de temperatura para crear grandes diferencias de temperatura y un gran voltaje termoeléctrico resultante.
Además, en los dispositivos Seebeck convencionales, es necesaria una estructura compleja compuesta por una conexión en serie de muchos pares de dos materiales termoeléctricos diferentes para mejorar un voltaje termoeléctrico. Sin embargo, estas disposiciones aumentan el costo de producción, hacen que el material / estructura sea menos duradero ylimitar su aplicabilidad práctica. Por el contrario, el efecto Nernst anómalo - un fenómeno termoeléctrico que se produce sólo en materiales magnéticos - puede generar una tensión termoeléctrica perpendicular a la dirección de un gradiente de temperatura. Este efecto puede permitir la generación de una termopotencia en undirección transversal, y el voltaje termoeléctrico se puede mejorar simplemente aumentando la longitud del material en la dirección perpendicular a un gradiente de temperatura. Se espera que los materiales termoeléctricos extendidos transversalmente tengan una flexibilidad significativamente mayor cuando se integran en módulos y compensen las desventajas antes mencionadas relacionadas conel efecto Seebeck. HoweSin embargo, se ha demostrado que el efecto Nernst anómalo genera solo una potencia térmica muy pequeña, menos de 10 μV / K a temperatura cercana a la ambiente, lo que dificulta su aplicación práctica.
En este proyecto de investigación, el equipo de investigación ideó y demostró un nuevo mecanismo de generación termoeléctrica en el que una termopotencia longitudinal inducida por el efecto Seebeck en un material termoeléctrico se puede convertir en una termopotencia transversal en un material magnético a través del efecto Hall anómalo.Luego, el equipo simuló este mecanismo basado en cálculos de modelos fenomenológicos y descubrió que era potencialmente capaz de generar una termopotencia muy alta más allá de 100 μV / K perpendicular a la dirección de un gradiente de temperatura cuando se optimizan los materiales y las estructuras. Para verificar experimentalmente este resultado, el equipo fabricó unestructura híbrida compuesta de Co 2 MnGa - un compuesto magnético capaz de producir el gran efecto Hall anómalo - y Si semiconductor capaz de producir el gran efecto Seebeck. Esta estructura generó las termopotencias transversales positivas y negativas récord +82 μV / K y -41μV / K. La magnitud y el signo de las termopotencias medidas se reproducen bien mediante la predicción basada en los cálculos del modelo. La capacidad de generación termoeléctrica del material compuesto se puede mejorar aún más mediante la optimización del material y la estructura.
La termoeléctrica observada en este proyecto fue más de 10 veces mayor que la termoeléctrica más alta registrada anteriormente generada por el efecto Nernst anómalo. Se espera que este resultado avance significativamente en los esfuerzos de I + D con el objetivo de poner en práctica la generación termoeléctrica transversal. En estudios futuros,planeamos investigar y desarrollar materiales magnéticos y termoeléctricos efectivos, crear estructuras compuestas utilizando estos materiales y optimizar sus estructuras. Luego, usaremos estos materiales híbridos para desarrollar tecnologías de recolección de energía capaces de alimentar dispositivos IoT y sensores de flujo de calor que se pueden usar parafines de ahorro de energía.
Un equipo de investigación del NIMS ideó un nuevo mecanismo de generación termoeléctrica con una estructura híbrida compuesta de materiales termoeléctricos y magnéticos. Luego, el equipo fabricó esta estructura y observó la termopotencia récord que aparece en la dirección perpendicular a un gradiente de temperatura es decir, transversalgeneración termoeléctrica .Estos resultados pueden ofrecer información sobre nuevos mecanismos y diseños estructurales aplicables al desarrollo de tecnologías versátiles de recolección de energía y sensores de flujo de calor altamente sensibles.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, Japón . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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