據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，從1824年開始，工程師們就已學(xué)會利用液體水和氣體水之間的相變來發(fā)電。現(xiàn)在，美國科學(xué)家開始探索使用名為多鐵性材料的金屬合金發(fā)生“相變”來直接將熱轉(zhuǎn)化為電。
美國明尼蘇達大學(xué)的理查德·詹姆斯領(lǐng)導(dǎo)的團隊希望利用多鐵性材料中自然出現(xiàn)的相變代替水的相變來發(fā)電，他表示，讓水沸騰和冷凝需要龐大的壓力容器和熱交換器。
多鐵性材料一般都擁有鐵磁性、鐵電性或鐵彈性。鐵彈性的天然展示就是相變，即一種晶體結(jié)構(gòu)會突然變形為另一種，這種相變被稱為馬氏體相變。詹姆斯團隊研發(fā)出馬氏體相變數(shù)學(xué)理論，并借此找到了一種方法，可系統(tǒng)地協(xié)調(diào)多鐵性材料的組成來打開和關(guān)閉該相變。
一般而言，金屬會打開磁性，但磁滯現(xiàn)象會阻礙其發(fā)生。詹姆斯表示：“關(guān)鍵是操縱合金的組成，使發(fā)生馬氏體相變的兩個晶體結(jié)構(gòu)能完美地共處，這樣，相變的磁滯現(xiàn)象會顯著減少，可逆性大大增加。為了確保磁滯下降，我們需要真的看到被協(xié)調(diào)合金內(nèi)出現(xiàn)完美的接口。”
為此，詹姆斯和比利時安特衛(wèi)普大學(xué)材料科學(xué)電子顯微鏡實驗室（因為使用電子顯微鏡研究相變而著名）的尼克·斯庫瑞沃斯攜手，對赫斯勒合金家族中的“成員”進行了實驗。赫斯勒合金由19世紀德國采礦工程師康拉德·赫斯勒首先制成，盡管組成該合金的金屬都沒有磁性，但其卻擁有驚人的磁性，也有馬氏體相變。
詹姆斯團隊改變了赫斯勒合金Ni2MnSn的基本組成，讓其變身為Ni45Co5Mn40Sn10。詹姆斯表示：“Ni45Co5Mn40Sn10是一種令人驚嘆的合金，低溫相沒有磁性，但高溫相卻擁有強磁性，就像發(fā)電廠中發(fā)生相變的水一樣。如果用小線圈環(huán)繞該合金，并通過相變加熱它，磁性的突變會在線圈產(chǎn)生電流。在這一過程中，合金會吸收一些潛熱，將熱直接變?yōu)殡姟！?/P>
這項技術(shù)將具有深遠的影響，人們有望不再需要為發(fā)電廠配備龐大的壓力容器、運送和加熱水的排水設(shè)施以及熱交換器。而且，這一原理也適用于地球上很多溫差小的熱源。詹姆斯說：“我們甚至能使用海洋表面和幾百米深處的溫差來發(fā)電。”
科學(xué)家們也研制出了這種設(shè)備的薄膜版本，其可用于計算機中，將計算機排出的廢熱轉(zhuǎn)化為電給電池充電。詹姆斯強調(diào)說，這只是馬氏體相變用于能源轉(zhuǎn)化的諸多應(yīng)用中的幾個。這兩個相位除了磁性不同之外，還有很多物理屬性也不同，可用于用熱發(fā)電。
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