Благодаря новому сплаву стало возможным преобразование высокой температуры непосредственно в электричество
Новый сплав, имеющий невероятно сложную структуру, разработанный исследователями из университета Миннесоты, благодаря его уникальным свойствам может быть использован для непосредственного преобразования энергии высокой температуры в электрическую энергию. Этот сплав, мультиферромагнитное (multiferroic) соединение никеля, кобальта, марганца и олова может становиться как немагнитным материалом, так и магнитным, в зависимости от его температуры. При этом магнитное поле нового сплава, находящегося в магнитном состоянии, в несколько раз превышает магнитное поле обычных магнитов на основе железа.
Материалы-мультиферромагнетики одновременно обладают магнитными свойствами и сегнетоэлектрическими свойствами, т.е. постоянной электрической поляризацией. Такое совмещение двух кардинально противоположных свойств в пределах одного материала делает мультиферромагнетики очень редким видом материалов. Новый сплав, Ni45Co5Mn40Sn10, также относящийся к разряду мультиферромагнетиков, обладает своими свойствами благодаря обратимому фазовому преобразованию его структуры, когда один вид кристаллического строения материала превращается в другой под воздействием высокой температуры и наоборот. Для перехода из немагнитного в необычайно магнитное состояние нового материала необходимо весьма незначительное повышение температуры.
Новый сплав размещают внутри катушки индуктивности. Для усиления эффекта в конструкции генератора, в котором полностью отсутствуют движущиеся части, задействуется и постоянный редкоземельный магнит. Повышение температуры сплава, преобразовывающее сплав в магнитное состояние, приводит к резкому скачкообразному увеличению магнитного поля, что влечет за собой появление тока в катушке генератора. Таким образом, часть энергии, потраченной на нагрев сплава, переводится в вид электрической энергии, сплав остывает и теряет свои магнитные свойства. По мере нагрева сплава от высокой температуры окружающей среды снова происходит его преобразование в магнитный вид и последующий сброс накопленной тепловой энергии в электрическую энергию. И такой цикл может продолжаться до бесконечности.
Конечно, новый сплав обладает гистерезисом фазового перехода, который обуславливает прямые потери энергии. Но исследователи утверждают, что величина этого гистерезиса невелика, как и невелики потери энергии. Поэтому новый сплав может успешно использоваться для преобразования ненужной тепловой энергии в соответствующее количество электрической энергии.
Самым очевидным использованием нового сплава будут электрические генераторы, встраиваемые в выхлопные трубы автомобилей. Некоторые автомобилестроители уже давно работают над устройствами сбора тепловой энергии, которые могут преобразовывать тепло горячих выхлопных газов в электрическую энергию. К примеру, компания General Motors пытается для этого использовать сплавы из арсенида кобальта с некоторыми редкоземельными металлами. Помимо автомобилей, такие генераторы могут успешно использоваться на тепловых электростанциях и на промышленных предприятиях, которые сбрасывают в окружающую среду большое количество дармового тепла.
Результаты исследований, во время которых был разработан новый сплав, были опубликованы в журнале Advanced Energy Materials. А на приведенном ниже видеоролике можно воочию увидеть момент, когда под воздействием высокой температуры кусочек нового сплава приобретает магнитные свойства и притягивается к постоянному магниту.
Новый сплав, имеющий невероятно сложную структуру, разработанный исследователями из университета Миннесоты, благодаря его уникальным свойствам может быть использован для непосредственного преобразования энергии высокой температуры в электрическую энергию. Этот сплав, мультиферромагнитное (multiferroic) соединение никеля, кобальта, марганца и олова может становиться как немагнитным материалом, так и магнитным, в зависимости от его температуры. При этом магнитное поле нового сплава, находящегося в магнитном состоянии, в несколько раз превышает магнитное поле обычных магнитов на основе железа.