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利用无序获取热能:二维磁体在热电应用中的潜力

本站发布时间:2024-05-13 13:33:21

热电系统是一种绿色和可持续的方式,可以从任何形式的热量中获取能量,否则这些热量都会被浪费。这种能量转换过程的核心是所谓的塞贝克效应,它描述了暴露在温差下的材料上的电压积累

然而,尽管进行了100多年的深入研究,热电效率仍然低于传统热机,这使得热电仅适用于利基应用

这就是为什么今天科学家的主要努力之一是寻找新的策略来提高这种效率。我们发表在《纳米快报》上的最新文章《自旋熵对二维磁体热电性能的影响》表明,解决方案可能存在于基于二维(2D)磁层的电路中

调节磁体中的熵

热电性质受到熵的显著影响,熵量化了系统中的无序。因此,所有增加这种参数的机制都可以提高能量收集装置的转换效率

在2D磁性材料中,两个额外的因素可以改变熵:产生“自旋熵”贡献的磁序,以及电荷载流子在2D层状材料中可以访问的层数,这会产生额外的“层熵”。

我们的文章测量了2D反铁磁体CrSBr的电学和热电输运特性,同时通过改变样品温度或施加外部磁场来改变材料的磁序。研究报告称,随着电子和自旋的移动,热电响应随着温度的升高而增加,在磁相变Né附近达到局部最大值;el温度

此外,研究表明,磁场可以在低温下将热电功率因数提高600%。这些现象可以通过材料中不同熵贡献的相互作用来解释,并突出了磁序对2D磁体的热电响应的强烈影响

朝向创新的能量采集器

我们报告的结果表明,磁体的使用可以克服传统能量采集器的限制,因为它们的热电性能可以通过改变磁相来优化,从而调节自旋熵的影响

此外,2D材料的使用释放了额外的自由度,因为可以通过多种因素调节转变温度—即,膜厚度、成分、静电选通—这可以使它们在室温下的热电性能最大化。所有这些发现代表了设计更高效的能量采集器的新方法的第一个组成部分

这个故事是科学X对话的一部分,研究人员可以在这里报告他们发表的研究文章中的发现。有关科学X对话和如何参与的信息,请访问此页面

More information: Alessandra Canetta et al, Impact of Spin-Entropy on the Thermoelectric Properties of a 2D Magnet, Nano Letters (2024). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c00809

Journal information: Nano Letters

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