Открытие, опубликованное на прошлой неделе в журнале Science Advances, поможет создать более эффективную выработку энергии от тепла в таких вещах, как выхлопные газы автомобилей, межпланетные космические зонды и промышленные процессы.
«Благодаря этому открытию мы должны быть в состоянии производить больше электрической энергии из тепла, чем мы делаем сегодня», - сказал соавтор исследования Джозеф Хереманс, профессор механического и аэрокосмического машиностроения и выдающийся ученый из штата Огайо по нанотехнологиям в Государственном университете Огайо. «Это то, что до сих пор никто не думал, что это возможно».
Открытие основано на крошечных частицах, называемых парамагнонами - кусочками, которые не совсем магниты, но несут некоторый магнитный поток. Это важно, потому что магниты при нагревании теряют свою магнитную силу и становятся так называемыми парамагнитными. Поток магнетизма - то, что ученые называют «спинами» - создает тип энергии, называемый термоэлектричеством магнонного сопротивления, который до этого открытия не мог использоваться для сбора энергии при комнатной температуре.
«Когда-то считалось, что если у вас есть парамагнетик и вы его нагреваете, ничего не происходит», - сказал Хереманс. «И мы обнаружили, что это неправда. То, что мы нашли, - это новый способ конструирования термоэлектрических полупроводников - материалов, которые преобразуют тепло в электричество. Обычные термоэлектрики, которые были у нас за последние 20 лет или около того, слишком неэффективны и дают нам слишком мало энергии, поэтому они не используются широко.".
Магниты являются важной частью сбора энергии от тепла: когда одна сторона магнита нагревается, другая сторона (холодная сторона) становится более магнитной, вызывая вращение, которое толкает электроны в магните и создает электричество.
Парадокс, однако, состоит в том, что когда магниты нагреваются, они теряют большую часть своих магнитных свойств, превращая их в парамагнетики - «почти, но не совсем магниты», называет их Хереманс. Это означает, что до этого открытия никто не думал об использовании парамагнетиков для сбора тепла, потому что ученые считали, что парамагнетики не способны собирать энергию.
Однако исследовательская группа обнаружила, что парамагноны толкают электроны только на одну миллиардную миллионную долю секунды - достаточно долго, чтобы сделать парамагнеты жизнеспособными сборщиками энергии.
Исследовательская группа - международная группа ученых из штата Огайо, Университета штата Северная Каролина и Китайской академии наук (все являются равными авторами в этой журнальной статье) - начала тестировать парамагноны, чтобы выяснить, могут ли они при определенных обстоятельствах произвести необходимое вращение.
По словам Хереманса, они обнаружили, что парамагноны действительно производят вид вращения, который толкает электроны.
И это, по его словам, может позволить собрать энергию.
Источник: Ohio State University
Оригинальный текст: Laura Arenschield