研究发现,“余热”可以转化为电能。

研究发现,“余热”可以转化为电能。

加利福尼亚大学的机械工程师们报告说,成功地使用廉价的材料生产热电设备,将低水平的废热转化为电能。

他们的进步可以使各种各样的商业应用。例如,将温差发电设备集成到计算机芯片中可以使它们产生的热量提供电源。汽车发动机产生的废热可以驱动汽车的电子设备并提供冷却。太阳能光伏电池可以利用阳光照射的热能产生更多的电能,从而提高太阳能电池的效率。

同样,使用相同的基本技术,可以生产经济型热电制冷器,比使用压缩机和冷却剂的冰箱更节能,而且运动部件更少。目前的热电制冷器价格昂贵,效率相对较低。从本质上讲,它们与热电发电机反向运行,产生的电流梯度可用于冷却。

虽然热电发电机是非常可靠的,例如为太空探测器供电,例如旅行者号太空船几十年来,它们的使用受到其所需材料的费用和复杂性的限制。

然而,由机械工程&nbsp助理教授研究人员;Sandeep Kumar,已经取得了重大的热电能量转换结合使用的铁镍合金和硅。他们的研究结果最近发表在科学论文的期刊&nbsp在线;物理学1.166快速研究快报。这篇文章的共同作者的研究生Ravindra Bhardwaj和Paul Lou。

在他们的实验中,研究人员构建了一个超薄双层夹心镍铁合金和一种被称为P型硅硅。坡莫合金层是25纳米厚,而研究人员制作的器件,硅层厚度100纳米,25纳米和5纳米。相比之下,人类的头发大约有200纳米厚。

当研究人员应用热坡莫合金层,他们能够在夹层中产生电压,由于最近发现的一种物理现象称为自旋塞贝克效应。在这种效果中,温度梯度产生铁磁物质的自旋电流,产生硅中的电压。提高电压的装置产生是由于一个称为“自旋轨道耦合”。

研究人员在5纳米厚的硅层中测量了这种电压中最大的一种。

库马尔说:“这种装置在任何温度梯度很小的情况下都能发电。”。例如,一个计算机芯片通常加热到大约六十摄氏度,而周围的温度可能是二十五度。因此,这种集成在计算机芯片中的自旋热电发电机可以从原本浪费的热量中产生大量的电能。

他还说:“此外,光伏太阳能电池板变得相当温暖,因此将热电发电机集成到这些面板中可以从余热中产生额外的电能。”。热电发电机也可以被集成到汽车中,发动机的温度可以达到一百摄氏度,而环境温度是二十五度。在这种应用中,所产生的电能为汽车的电子供电,甚至提供冷却。

库马尔说,最新的实验只是新热电技术发展的开端,他补充说,该项发明的临时专利已经提交。

“我们只是触及了可能性的表面,”他说。我们相信我们可以通过使用多层来在相同的温度梯度下产生更多的能量,就像把电池放在一起可以增加能量输出一样。而且,我们正在探索其他地球丰富,廉价的材料,可以证明在自旋热电器件有效。

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