Un gruppo di ricerca del NIMS e dell'Università di Nagoya ha dimostrato che una lega amorfa a base di ferro, ampiamente utilizzata come materiale magnetico dolce nei trasformatori e nei motori, può essere trasformata in un materiale di conversione termoelettrica "trasversale" che converte correnti elettriche e termiche in direzioni ortogonali , con solo un breve periodo di trattamento termico. Lo studio è pubblicato online sulla rivista Nature Communications
Questo è il primo esempio che evidenzia l'importanza dell'ingegneria della microstruttura nello sviluppo di materiali di conversione termoelettrica trasversale e fornisce nuove linee guida di progettazione per lo sviluppo dei materiali per realizzare tecnologie di generazione di energia e gestione termica rispettose dell'ambiente utilizzando materiali magnetici.
Si prevede che l'uso degli effetti termoelettrici trasversali nei materiali magnetici semplificherà la struttura dei dispositivi di conversione termoelettrica rispetto agli effetti termoelettrici longitudinali, dove le correnti elettriche e termiche vengono convertite in direzioni parallele. Questa semplificazione può portare a una maggiore versatilità e durata dei dispositivi, nonché a una riduzione dei costi
L'obiettivo principale dello sviluppo di materiali magnetici per la conversione termoelettrica trasversale è stata l'esplorazione di nuove leghe basate sulla struttura elettronica, senza alcuna ricerca sulla microstruttura all'interno dei materiali.
Il team ha ora dimostrato che un semplice trattamento termico di tre minuti di una lega amorfa a base di ferro, senza modificare la composizione media del materiale, migliora significativamente le prestazioni dell'effetto Nernst anomalo, uno degli effetti termoelettrici trasversali.
Il coefficiente di Nernst anomalo, ottenuto alla temperatura ottimale di trattamento termico, ha mostrato il valore più alto conosciuto tra le leghe magnetiche amorfe, e si è scoperto che il miglioramento era significativamente influenzato dai precipitati di rame di dimensioni nanometriche all'interno della lega. Questo risultato suggerisce che non solo la struttura elettronica e la composizione del materiale, ma anche la progettazione e il controllo della microstruttura sono importanti per migliorare il coefficiente di Nernst anomalo.
Il materiale magnetico sviluppato può essere facilmente prodotto in serie e ampliato ed è anche flessibile. Sviluppando ulteriormente materiali magnetici con coefficienti di Nernst anomali ancora più elevati attraverso il controllo della microstruttura, il team mira ad applicare questa tecnologia alle conversioni di energia nei dispositivi elettronici e alle tecnologie di rilevamento termico.
Ulteriori informazioni: Ravi Gautam et al, Creazione di materiale spin-caloritronico flessibile con conversione termoelettrica trasversale gigante mediante ingegneria della nanostruttura, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46475-6
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali
