Edullisempaa lämpösähköä?

24.09.2018

Tokio-Weyl-thermopile-300-t.jpgTokion yliopiston fyysikot ovat löytäneet uuden tavan tuottaa sähköä erikoismateriaaleissa, joita kutsutaan Weyl-magneeteiksi. Menetelmässä hyödynnetään lämpötiagradientteja eli lämpötilojen eroja koko materiaalissa.

Uudesta materiaalista voisi aikanaan tuottaa lämmönlähteeseen perustuvan teholähteen pienen tehonkulutuksen laitteille kuten antureille.

"Menetelmämme hyödyntää ilmiötä, jota kutsutaan poikkeavaksi Nernst-vaikutukseksi, jota ei ole koskaan aiemmin käytetty tällä tavalla", toteaa professori Satoru Nakatsuji.

"Poikkeava Nernst-efekti syntyy kun magneettinen metallipala generoi jännitteen, subjektina lämmön gradienttiin sen yli, joten se on kuumempi toisella puolella ja kylmempi toisella puolella", selittää Nakatsuji.

Tämä on samanlainen kuin vakiintuneempi Seebeck-ilmiö, jossa jännitettä syntyy kyseessä olevan metallin kuuman ja kylmän alueen välissä, joten se on rinnakkainen lämpötilagradientin kanssa. Epätavallinen Nernst-efekti tuottaa kuitenkin jännitteen pitkin magneettista metallipalaa, ollen kohtisuorassa lämpötilagradienttiin nähden.

Tutkijat tarkkailevat tätä vaikutusta erityisellä metallilla (Co2MnGa), joka tunnetaan Weyl-magneettina. Tutkimustyö antaa ensimmäiset selkeät todisteet Weyl-fermionien olemassaolosta materiaalissa, alkuainehiukkaset, jotka antavat Weyl-magneetille sen ainutlaatuiset ominaisuudet.

Löydöstä on tärkeitä käytännön seurauksia. Laitteet ovat paljon yksinkertaisempia kuin Seebeck-efektillä toteutetut, joiden pylväsrakenteet voidaan korvata ohuilla kalvoilla. Joten ne ovat joustavia ja ne voidaan tehdä monenlaisiin hyödyllisiin muotoihin.

Lisäksi materiaaleina voi käyttää paljon yleisempiä ja täysin myrkyttömiä aineita, joten itse rakenteet voivat olla paljon halvempia tuottaa. Ne ovat tehokkaita myös huonelämpötiloissa, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Tällä hetkellä menetelmä tuottaa vain noin 0,1% vastaavan Seebeck-järjestelmän jännitteestä mutta tutkijoiden tavoitteena on saavuttaa Seebeck-efektiin verrattavissa oleva tehokkuus.

Sitten Weyl-magneettien lämpörakenteiden ja poikkeuksellisen Nernst-vaikutuksen havaitsemisen vuonna 2015 aiheessa on saavutettu tuhatkertainen kasvu tehon tuotannossa. Tämä uusin tutkimus havainnoi tuotoksi kahdeksan mikrovolttia Kelviniä kohden.

17.10.2019Spin- ja varausvirran hallintaa
16.10.2019Spektrometriaa sirupiirillä
15.10.2019Uusia ulottuvuuksia printtielektroniikalle
14.10.2019Löytö energiatehokkaalle elektroniikalle
11.10.2019Pikotiedettä ja uusia materiaaleja
10.10.2019Lomittumista 50 kilometrissä valokuitua
09.10.2019Koneoppiminen etsii uusia materiaaleja
08.10.2019Parhaat kahdesta maailmasta: Magnetismi ja Weyl -puolimetallit
07.10.2019Tehokkaampaa energian keruuta IoT-antureille
04.10.2019Uusia kierrätyskelpoisia akkukonsepteja

Siirry arkistoon »