Een onderzoeksteam van NIMS en de Universiteit van Nagoya heeft aangetoond dat een op ijzer gebaseerde amorfe legering, die veel wordt gebruikt als zacht magnetisch materiaal in transformatoren en motoren, kan worden omgezet in een ‘transversaal’ thermo-elektrisch conversiemateriaal dat elektrische en thermische stromen in orthogonale richtingen omzet. , met slechts een korte periode van warmtebehandeling. Het onderzoek is online gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications

Dit is het eerste voorbeeld dat het belang van microstructuurtechniek bij de ontwikkeling van transversale thermo-elektrische conversiematerialen benadrukt en nieuwe ontwerprichtlijnen biedt voor materiaalontwikkeling om milieuvriendelijke technologieën voor energieopwekking en thermisch beheer te realiseren met behulp van magnetische materialen.

Verwacht wordt dat het gebruik van transversale thermo-elektrische effecten in magnetische materialen de structuur van thermo-elektrische conversie-apparaten zal vereenvoudigen in vergelijking met de longitudinale thermo-elektrische effecten, waarbij elektrische en thermische stromen in parallelle richtingen worden omgezet. Deze vereenvoudiging kan leiden tot een grotere veelzijdigheid en duurzaamheid van de apparaten, evenals tot kostenbesparing

De belangrijkste focus van de ontwikkeling van magnetische materialen voor transversale thermo-elektrische conversie lag op de verkenning van nieuwe legeringen op basis van de elektronische structuur, zonder onderzoek naar de microstructuur in de materialen.

Het team heeft nu aangetoond dat een eenvoudige hittebehandeling van drie minuten van een amorfe legering op ijzerbasis, zonder de gemiddelde samenstelling van het materiaal te veranderen, de prestaties van het afwijkende Nernst-effect, een van de transversale thermo-elektrische effecten, aanzienlijk verbetert.

De afwijkende Nernst-coëfficiënt, verkregen bij de optimale warmtebehandelingstemperatuur, vertoonde de hoogste waarde die bekend is onder magnetische amorfe legeringen, en de verbetering bleek aanzienlijk te worden beïnvloed door koperprecipitaten van nanogrootte in de legering. Dit resultaat suggereert dat niet alleen de elektronische structuur en samenstelling van het materiaal, maar ook het ontwerp en de controle van de microstructuur belangrijk zijn voor het verbeteren van de afwijkende Nernst-coëfficiënt.

Het ontwikkelde magnetische materiaal kan eenvoudig in massa worden geproduceerd en opgeschaald, en is bovendien flexibel. Door magnetische materialen met nog hogere afwijkende Nernst-coëfficiënten verder te ontwikkelen via microstructuurcontrole, wil het team deze technologie toepassen op energieconversies in elektronische apparaten en op thermische detectietechnologieën.

Meer informatie: Ravi Gautam et al, Creatie van flexibel spin-caloritronisch materiaal met gigantische transversale thermo-elektrische conversie door nanostructuurtechniek, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46475-6

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Aangeboden door het Nationaal Instituut voor Materiaalwetenschappen