Ferrosähköistä energian tuottoa

Ferrosähköisistä kiteistä on löydetty uusia ominaisuuksia niin aurinkosähkön kuin pienenergian keruuseen liittyen.

Ferrosähköisten kiteiden aurinkosähkövaikutusta voidaan lisätä kertoimella 1000, jos kolmea eri materiaalia järjestetään jaksoittain hilaksi. Tämä ilmiö löytyi Martin Lutherin yliopiston Halle-Wittenbergin (MLU) tutkijoiden tutkimuksessa. He saavuttivat tämän luomalla kiteisiä kerroksia asettamalla bariumtitanaattia, strontiumtitanaattia ja kalsiumtitanaattia vuorotellen päällekkäin.

Suurin osa aurinkokennoista on tällä hetkellä piipohjaisia; niiden tehokkuus on kuitenkin rajallinen. Tämä on saanut tutkijat etsimään uusia materiaaleja, kuten ferrosähköisiä aineita.

"Ferrosähköisellä materiaalilla on alueellisesti erottuneet positiiviset ja negatiiviset varaukset ja tämä johtaa epäsymmetriseen rakenteeseen, mikä mahdollistaa sähkön tuottamisen valosta. Toisin kuin pii, ferrosähköiset kiteet eivät vaadi pn-liitosta valosähköisen vaikutuksen luomiseksi. Tämä tekee aurinkopaneelien valmistamisesta paljon helpompaa.

Puhdas bariumtitanaatti ei kuitenkaan absorboi paljoakaan auringonvaloa mutta tämä tutkimus osoittaa, että erittäin ohuiden eri materiaalikerrosten yhdistäminen lisää merkittävästi aurinkoenergian saantoa.

"Tärkeää tässä se on, että ferrosähköinen materiaali on vuorotellen parasähköisten materiaalien kanssa. Vaikka sillä ei ole erillisiä varauksia, siitä voi tulla ferrosähköinen tietyissä olosuhteissa, esimerkiksi matalissa lämpötiloissa tai kun sen kemiallinen rakenne on hieman muuttunut", selittää tohtori Akash Bhatnagar.

Materiaaliyhdistelmän valosähköisien mittausten tulos yllätti jopa tutkimusryhmän: Tuhatkertainen tuotto verrattuna pelkkään vastaavan paksuiseen bariumtitanaattiin.

"Hilakerrosten välinen vuorovaikutus näyttää johtavan paljon suurempaan läpäisevyyteen - toisin sanoen elektronit pystyvät virtaamaan paljon helpommin valofotonien virittymisen ansiosta", Akash Bhatnagar selittää.

Osaka City Universityn teknillisen korkeakoulun tutkijat ovat puolestaan kehitelleet ferromagneettiseen resonanssiin perustuvaa energiankeräystekniikkaa.

Tutkijat ovat osoittaneet sähkövarauksen käyttämällä ferromagneettisessa metallikalvossa syntyvää sähkömotorista voimaa (EMF) ferromagneettisen resonanssin (FMR) vaikutuksessa. Aihetta tutkittiin kahdella ferromagneettisesta metallista - rauta-nikkeli (Ni80Fe20) ja rauta-koboltti (Co50Fe50) -seoksesta valmistetuilla ohutkalvoilla.

Ni80Fe20 -kalvojen tapauksessa mekanismin tuottama sähkövaraus voidaan kerätä kondensaattoriin mutta varauksen määrä kuitenkin kyllästyy selvästi kondensaattorin varausrajan alapuolelle. Myös Co50Fe50:n tapauksessa syntyvä sähkövaraus voidaan kerätä kondensaattoriin ja varauksen määrä kasvaa keruun ajan myötä.

Tutkijoiden mukaan mekanismia voidaan käyttää sähkömagneettisien aaltojen energiankeräystekniikkana hallitsemalla sopivasti FM-kalvon lämpöolosuhteita.

Aiheesta aiemmin:

Magnetismin ja ferrosähkön kierteitä grafeenissa

Ferrosähköisyyden mysteeri on ratkaistu

Ferrosähköä atomitasolla