鎳-鐵坡莫合金與硅組合，科學(xué)家開發(fā)高效熱電設(shè)備

利用稱為「Rashba 自旋塞貝克效應(yīng)（Rashba spin-Seebeck effect）」的現(xiàn)象，加州大學(xué)河濱分校機械工程學(xué)家開發(fā)出能夠?qū)⒌蜏貜U熱轉(zhuǎn)化為電能的商業(yè)設(shè)備，應(yīng)用機會比如：電腦芯片、汽車發(fā)動機、太陽能電池等，此外，也能使用同技術(shù)生產(chǎn)相對經(jīng)濟的熱電制冷機。

市場上應(yīng)用的熱電發(fā)電機已算可靠，比如提供無人太空船所需電力的放射性同位素?zé)犭姍C、用來回收汽車無用廢熱能的汽車熱電機等，但使用上仍受限于材料成本及復(fù)雜性。

現(xiàn)在加州大學(xué)河濱分校機械工程學(xué)助理教授 Sandeep Kumar 領(lǐng)導(dǎo)的團隊，利用鎳-鐵坡莫合金（nickel-iron Permalloy）與硅的組合開發(fā)出熱電設(shè)備，可帶來更好的熱電能量轉(zhuǎn)換率，使各種商業(yè)應(yīng)用成為可能，比如：將設(shè)備集成至電腦芯片，把熱能轉(zhuǎn)為電源；汽車發(fā)動機的熱可成為汽車電子設(shè)備與冷卻系統(tǒng)的電力來源；光伏太陽能電池最頭痛的難題——無法吸收的熱能也能轉(zhuǎn)換成電，提高整體轉(zhuǎn)換效率。

坡莫合金也稱透磁合金，由約 80％ 鎳和 20％ 鐵構(gòu)成，貝爾電話實驗室物理學(xué)家古斯塔夫·埃爾門于 1914 年發(fā)明。坡莫合金具有非常高的導(dǎo)磁率，使其可作為電氣電子設(shè)備中的磁芯材料，也可當(dāng)作阻擋磁場的磁屏蔽。

研究人員在實驗中創(chuàng)造了超薄鎳鐵坡莫合金雙層夾層與 P 型硅，坡莫合金層厚度約 25 納米，硅層厚度分別為100 納米、25 納米、5 納米（作為比較，頭發(fā)厚度約 200 微米= 200,000 納米），接著將熱能加到金屬層，基于一種稱為自旋塞貝克效應(yīng)的物理現(xiàn)象，熱能夠在硅層中產(chǎn)生電壓，團隊并于 5 納米厚的硅層中測得最大電壓。

Sandeep Kumar 表示，這種設(shè)備就算在溫度梯度小的情況下也能發(fā)電，比如電腦芯片通常加熱到 60℃ 左右，周圍溫度可能是 25℃，此時熱電設(shè)備就能利用溫度差將原本浪費的熱能轉(zhuǎn)換成電；汽車發(fā)動機溫度梯度更大，當(dāng)周圍環(huán)境 25℃ 時，發(fā)動機溫度可能高達(dá) 100℃，此時設(shè)備轉(zhuǎn)換的電甚至可支撐冷卻系統(tǒng)。

團隊接下來將探索在自旋熱電設(shè)備中有效、大量且價格低廉的材料。

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