一個(gè)由科學(xué)家組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了如何捕獲熱量并將其轉(zhuǎn)化為電能的方法。這一發(fā)現(xiàn)表在《科學(xué)進(jìn)步》》期刊上，可以在汽車尾氣、星際空間探測(cè)器和工業(yè)過程等方面利用熱量產(chǎn)生更有效的能源。

俄亥俄州立大學(xué)(Ohio State University)機(jī)械和航空航天工程教授、俄亥俄州著名納米技術(shù)學(xué)者，該研究的合著者約瑟夫·赫曼斯(Joseph Heremans)說：由于這一發(fā)現(xiàn)，我們應(yīng)該能夠比今天從熱量中產(chǎn)生更多的電能。

直到現(xiàn)在，還沒有人認(rèn)為這是可能的，這一發(fā)現(xiàn)是基于被稱為準(zhǔn)粒子的微小粒子，比特不是真正的磁鐵，但攜帶一些磁通量。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)榇盆F在加熱時(shí)會(huì)失去磁力，變成所謂的順磁。磁通量（科學(xué)家稱之為“自旋”）產(chǎn)生了一種被稱為磁振子拖曳熱電的能量，在這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)之前，這種能量不能用來在室溫下收集能量。傳統(tǒng)的看法是，如果有一個(gè)準(zhǔn)磁鐵，加熱它，什么都不會(huì)發(fā)生。但發(fā)現(xiàn)這不是真的。研究發(fā)現(xiàn)的是一種設(shè)計(jì)熱電半導(dǎo)體的新方法：將熱轉(zhuǎn)換為電的材料。

（圖2圖示）非彈性中子散射結(jié)果。在摻雜3at%Li的MnTe上獲得非彈性中子散射數(shù)據(jù)S(Q，E)，在AFM相(A)和PM相(B至D)中的電弧，SnS。在(A)中可見的磁振子能帶在PM相中轉(zhuǎn)變?yōu)闇?zhǔn)磁振子弛豫譜。在HYSPEC獲得原子力顯微鏡相位(E)的S(Q，E)揭示了磁振子散射的低能特征和~0.6meV的贗隙，Q=0.92ae?1。半高全寬(FWHM)和壽命(F)是通過擬合S(Q，e)(G)。在450K下收集了摻雜0.3，1，3和5 at%Li的MnTe上的數(shù)據(jù)：觀察到FWHM(G)和壽命(F)與Li濃度無關(guān)。圖片：Science Advances

過去20年左右人類擁有的傳統(tǒng)熱電器件效率太低，轉(zhuǎn)換的能量太少，所以它們并沒有得到真正廣泛的使用，這改變了這種理解。磁鐵是從熱量中收集能量的關(guān)鍵部分：當(dāng)磁鐵的一側(cè)被加熱時(shí)，另一側(cè)（冷側(cè)）會(huì)變得更有磁性，產(chǎn)生自旋，從而推動(dòng)磁鐵中的電子并產(chǎn)生電。然而，矛盾的是，當(dāng)磁體被加熱時(shí)，它們失去了大部分磁性，把它們變成了準(zhǔn)磁體：“幾乎但不完全是磁體”。這意味著，在這個(gè)發(fā)現(xiàn)之前，沒有人想過使用順磁石來收集熱量，因?yàn)榭茖W(xué)家認(rèn)為順磁石不能收集能量。

然而，研究小組發(fā)現(xiàn)，準(zhǔn)磁體推動(dòng)電子的時(shí)間僅為百萬分之一秒的十億分之一，這非常短暫的時(shí)間足以使準(zhǔn)磁體成為可行的能量收集器。這個(gè)由俄亥俄州立大學(xué)、北卡羅來納州立大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院科學(xué)家組成的國(guó)際團(tuán)隊(duì)（在這篇研究期刊論文中都是平等的作者）開始測(cè)試準(zhǔn)粒子，看看它們是否能在適當(dāng)?shù)那闆r下產(chǎn)生必要的旋轉(zhuǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上，準(zhǔn)粒子確實(shí)產(chǎn)生了推動(dòng)電子的那種自旋，這可以使收集能量成為可能。

博科園｜研究/來自：俄亥俄州立大學(xué)

參考期刊《科學(xué)進(jìn)步》

DOI: 10.1126/sciadv.aat9461

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