Un equipo de investigación del NIMS y la Universidad de Nagoya ha demostrado que una aleación amorfa a base de hierro, ampliamente utilizada como material magnético blando en transformadores y motores, puede transformarse en un material de conversión termoeléctrica "transversal" que convierte las corrientes eléctricas y térmicas en direcciones ortogonales. , con tan solo un breve periodo de tratamiento térmico. El estudio se publica en línea en la revista Nature Communications.
Este es el primer ejemplo que resalta la importancia de la ingeniería de microestructuras en el desarrollo de materiales de conversión termoeléctrica transversal y proporciona nuevas pautas de diseño para el desarrollo de materiales para lograr tecnologías de generación de energía y gestión térmica respetuosas con el medio ambiente utilizando materiales magnéticos.
Se espera que el uso de efectos termoeléctricos transversales en materiales magnéticos simplifique la estructura de los dispositivos de conversión termoeléctrica en comparación con los efectos termoeléctricos longitudinales, donde las corrientes eléctricas y térmicas se convierten en direcciones paralelas. Esta simplificación puede conducir a una mayor versatilidad y durabilidad de los dispositivos, así como a una reducción de costes
El principal foco del desarrollo de materiales magnéticos para conversión termoeléctrica transversal ha sido la exploración de nuevas aleaciones basadas en estructura electrónica, sin investigar la microestructura dentro de los materiales.
El equipo ha demostrado ahora que un simple tratamiento térmico de tres minutos de una aleación amorfa a base de hierro, sin cambiar la composición promedio del material, mejora significativamente el rendimiento del anómalo efecto Nernst, uno de los efectos termoeléctricos transversales.
El coeficiente anómalo de Nernst, obtenido a la temperatura óptima de tratamiento térmico, mostró el valor más alto conocido entre las aleaciones amorfas magnéticas, y se descubrió que la mejora estaba significativamente influenciada por los precipitados de cobre de tamaño nanométrico dentro de la aleación. Este resultado sugiere que no sólo la estructura electrónica y la composición del material sino también el diseño y control de la microestructura son importantes para mejorar el coeficiente anómalo de Nernst.
El material magnético desarrollado puede producirse en masa y ampliarse fácilmente, y además es flexible. Al seguir desarrollando materiales magnéticos con coeficientes de Nernst anómalos aún más altos mediante el control de la microestructura, el equipo pretende aplicar esta tecnología a las conversiones de energía en dispositivos electrónicos y a las tecnologías de detección térmica.
Más información: Ravi Gautam et al, Creación de material caloritrónico de espín flexible con conversión termoeléctrica transversal gigante mediante ingeniería de nanoestructuras, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46475-6
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales
