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木蟲 (著名寫手)

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[交流] 多鐵性材料可將熱直接轉(zhuǎn)化為電

   據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報(bào)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(dá)大學(xué)的理查德·詹姆斯領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)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開啟和終止該相變。

   一般而言，金屬發(fā)生相變會受到相變熱滯的阻礙。詹姆斯表示：“關(guān)鍵是調(diào)節(jié)合金的組成，使發(fā)生馬氏體相變的兩個(gè)晶體結(jié)構(gòu)能完美地共處，這樣，相變的熱滯現(xiàn)象會顯著減少，可逆性大大增加。為了確保熱滯下降，我們需要真的看到被調(diào)節(jié)的合金內(nèi)出現(xiàn)兩相完美的匹配界面�！�

   為此，詹姆斯和比利時(shí)安特衛(wèi)普大學(xué)材料科學(xué)電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室（因?yàn)槭褂秒娮语@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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。赫斯勒合金（Heusler）由19世紀(jì)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(tuán)隊(duì)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(qiáng)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，加熱使其發(fā)生相變，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�。�?br />
   這項(xiàng)技術(shù)將具有深遠(yuǎn)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(yùn)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)家們也在探索研制這種裝置的薄膜器件，其可用于計(jì)算機(jī)中，將計(jì)算機(jī)排出的廢熱轉(zhuǎn)化為電給電池充電。詹姆斯強(qiáng)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(gè)。這兩個(gè)相結(jié)構(gòu)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。

美國物理學(xué)家組織網(wǎng)相關(guān)報(bào)道（英文）

[ 來自科研家族磁性材料 ]

[ Last edited by encke on 2011-11-20 at 16:47 ]

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