Pienenergian keruu tehostuu

Topologisen magneetin ohutkalvo osoittaa suuren lämpösähköisen vaikutuksen, joka voi johtaa uudenlaisiin energiankeräyslaitteisiin.

Tietyillä ferromagneeteilla on lämpösähköinen ilmiö, joka tunnetaan nimellä anomaalinen Nernst-ilmiö (ANE): se synnyttää jännitteen, kun siihen kohdistuu samanaikaisesti lämpögradientti ja suuri magneettikenttä.

Nyt Shun'ichiro Kurosawa Tokion yliopistosta ja kollegat ovat osoittaneet, että topologisen magneetin, rautastannidin (Fe3Sn) ohut, kiteinen kalvo osoittaa ANE:ä ilman magneettikenttää. Ohut kalvo tarjoaa siten lupaavan alustan lämpövirta-anturien ja energiankeräyslaitteiden suunnittelulle, tutkijat sanovat.

Tutkijoiden valmistama Fe3Sn:n ohutkalvo on kiteinen magneetti ja sillä on magnetokiteinen anisotropia, joka saa magnetisoinnin kohdistumaan tiettyyn suuntaan kalvon tasolla.

Kehitetty Fe3Sn -ohutkalvo osoittaa jännitettä, joka on verrattavissa bulkkimateriaaleilla raportoituihin mutta tutkijat kehuvat, että heidän kehitystyönsä tärkein voimavara on edullisista aineista koostuvan materiaalin käyttö.

Terasaki Institute for Biomedical Innovationin (TIBI) tutkijat ovat sen sijaan käyttäneet tekoälytekniikoita parantaakseen puettavissa nanokuituakustisissa energiankeräilijöissä (NAEH) käytettävien nanokuitujen suunnittelua ja tuotantoa.

Nämä akustiset laitteet vangitsevat äänienergiaa ympäristöstä ja muuntavat sen sähköenergiaksi, jota voidaan sitten käyttää hyödyllisissä laitteissa, kuten kuulokojeissa. Tällä hetkellä näihin tarpeisiin käytetään pietsosähköisiä nanogeneraattoreita. Niillä on kuitenkin huono muunnossuhde ja se keskittyy pääasiassa korkeataajuiselle äänialueelle.

TIBI:n tutkijoiden lähestymistapa näihin haasteisiin oli kaksijakoinen: ensinnäkin he valitsivat materiaalinsa strategisesti ja päättivät valmistaa nanokuituja polyvinyylifluoridista (PVDF), joka tunnetaan kyvystään vangita akustista energiaa tehokkaasti.

Toiseksi ryhmä sovelsi tekoälyn (AI) tekniikoita määrittääkseen parhaat valmistusparametrit, jotka liittyvät PVDF/polyuretaanin nanokuitujen sähkökehräykseen.

Testeissä uudella tekniikalla tuotetuilla nanokuituakustisilla harvestereilla havaittiin olevan kokonaissuorituskyky, mikä tuotti yli 2,5 kertaa korkeamman tehotiheyden ja korkeamman energian muunnostehokkuuden. Lisäksi ne havaittiin hyviksi myös matalataajuisilla äänillä.

Luonnossa vesipisara voi kerätä positiivisen varauksen vieriessään alas lehtiä ja jättää negatiivisen varauksen lehden pintaan.

Kaltevaa pintaa alas liukuva nestepisara voi varautua sähköisesti, mutta vain jos pinta on hydrofobinen (vettä hylkivä). Nyt Darmstadtin teknisestä yliopiston tutkijat ovat kehittäneet analyyttisen mallin, joka tekee kvantitatiivisia ennusteita prosessille ja joka selittää miksi hydrofobinen pinta on välttämätön.

Kokeilla validoitu malli osoittaa, että nestepinnan ja hydrofobisen kiinteän pinnan välinen suuri kosketuskulma vaikuttaa voimakkaasti pisarareunan varaukseen.

Teoria voi auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin monia erilaisia prosesseja, kuten puolijohdekiekkojen ei-toivottua varautumista, kun niitä huuhdellaan valmistuksen aikana, ja toivottavaa varauksen muodostumista vesipisaroiden energiankeräysprosessissa.

Aiheesta aiemmin:

Uusia materiaaleja akuille ja lämpösähköisille

Lämpösähköisiä nopeasti

Pienenergian keruuta grafeenin värähtelystä

Nestepisaroilla jopa viiden voltin jännite