重磅發現！找到將熱量轉化為電能的新方法，有中國科學家的貢獻！

2020-10-18 博科園

一個由科學家組成的國際團隊已經找到了如何捕獲熱量並將其轉化為電能的方法。這一發現表在《科學進步》》期刊上，可以在汽車尾氣、星際空間探測器和工業過程等方面利用熱量產生更有效的能源。俄亥俄州立大學(Ohio State University)機械和航空航天工程教授、俄亥俄州著名納米技術學者，該研究的合著者約瑟夫·赫曼斯(Joseph Heremans)說：由於這一發現，我們應該能夠比今天從熱量中產生更多的電能。

直到現在，還沒有人認為這是可能的，這一發現是基於被稱為準粒子的微小粒子，比特不是真正的磁鐵，但攜帶一些磁通量。這一點很重要，因為磁鐵在加熱時會失去磁力，變成所謂的順磁。磁通量（科學家稱之為「自旋」）產生了一種被稱為磁振子拖曳熱電的能量，在這項發現之前，這種能量不能用來在室溫下收集能量。傳統的看法是，如果有一個準磁鐵，加熱它，什麼都不會發生。但發現這不是真的。研究發現的是一種設計熱電半導體的新方法：將熱轉換為電的材料。

（圖2圖示）非彈性中子散射結果。在摻雜3at%Li的MnTe上獲得非彈性中子散射數據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相中轉變為準磁振子弛豫譜。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徵和~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上的數據：觀察到FWHM(G)和壽命(F)與Li濃度無關。圖片：Science Advances

過去20年左右人類擁有的傳統熱電器件效率太低，轉換的能量太少，所以它們並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鍵部分：當磁鐵的一側被加熱時，另一側（冷側）會變得更有磁性，產生自旋，從而推動磁鐵中的電子並產生電。然而，矛盾的是，當磁體被加熱時，它們失去了大部分磁性，把它們變成了準磁體：「幾乎但不完全是磁體」。這意味著，在這個發現之前，沒有人想過使用順磁石來收集熱量，因為科學家認為順磁石不能收集能量。

然而，研究小組發現，準磁體推動電子的時間僅為百萬分之一秒的十億分之一，這非常短暫的時間足以使準磁體成為可行的能量收集器。這個由俄亥俄州立大學、北卡羅來納州立大學和中國科學院科學家組成的國際團隊（在這篇研究期刊論文中都是平等的作者）開始測試準粒子，看看它們是否能在適當的情況下產生必要的旋轉。研究發現，實際上，準粒子確實產生了推動電子的那種自旋，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

參考期刊《科學進步》

DOI: 10.1126/sciadv.aat9461

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