Uma equipe de pesquisa demonstrou que a conversão termoelétrica transversal (ou seja, a conversão de energia entre correntes de carga e de calor que fluem ortogonalmente entre si) pode ser bastante aprimorada pela aplicação de campos magnéticos ou pela utilização de magnetismo.



Além disso, a equipe desenvolveu um ímã permanente termoelétrico – um novo material funcional capaz de resfriamento termoelétrico e geração de energia – combinando ímãs permanentes e materiais termoelétricos em uma estrutura híbrida. Esses resultados podem servir como um guia para alcançar o gerenciamento térmico e a captação de energia usando ímãs comuns.

O efeito Seebeck e o efeito Peltier foram extensivamente pesquisados ​​para sua aplicação em tecnologias de conversão termoelétrica (TEC). Esses efeitos são classificados como fenômenos TEC longitudinais – conversão entre correntes de carga e de calor que fluem paralelamente entre si.

Embora os dispositivos TEC longitudinais tenham maior eficiência de conversão de energia do que os seus homólogos transversais, as suas estruturas são mais complexas. Por outro lado, dispositivos TEC transversais estruturalmente mais simples podem ter baixas perdas de energia, baixo custo de fabricação e excelente durabilidade.

Para alcançar o uso prático de dispositivos TEC transversais, no entanto, a sua eficiência de conversão precisa ser melhorada. O TEC transversal é impulsionado por diferentes tipos de fenômenos físicos:fenômenos induzidos magneticamente (isto é, o efeito magneto-termoelétrico) e fenômenos atribuídos a estruturas cristalinas ou eletrônicas anisotrópicas. Anteriormente, esses fenômenos só haviam sido pesquisados ​​independentemente uns dos outros.

Esta equipe de pesquisa do Instituto Nacional de Ciência de Materiais (NIMS) fabricou recentemente um material multicamadas inclinado artificialmente - um material híbrido capaz de exibir simultaneamente três tipos diferentes de fenômenos TEC, incluindo os efeitos magneto-termelétricos. A equipe então demonstrou o desempenho aprimorado de resfriamento deste material devido ao TEC transversal.

O material híbrido foi criado empilhando e colando alternadamente Bi₈₈ Sb₁₂ placas de liga, que exibem grandes efeitos magneto-termelétricos, e Bi_0,2 Sb_1.8 Te₃ placas de liga, que exibem um grande efeito Peltier.

Esta pilha foi então cortada diagonalmente para formar o material multicamadas revestido artificialmente. Quando campos magnéticos foram aplicados a este material, sua eficiência transversal de TEC aumentou, o que foi atribuído aos efeitos combinados dos três tipos de fenômenos de TEC.

A equipe então substituiu o Bi_0.2 Sb_1.8 Te₃ placas de liga com ímãs permanentes e descobriram que o desempenho transversal do TEC pode ser melhorado pelos efeitos magneto-termelétricos mesmo sem campos magnéticos externos.

Esta pesquisa demonstrou como os materiais magnéticos podem ser projetados para aumentar suas capacidades de resfriamento termoelétrico e geração de energia. A equipe desenvolverá materiais/dispositivos com melhor gerenciamento térmico e capacidades de captação de energia para uma sociedade sustentável e sistemas IoT aprimorados em pesquisas futuras.

Esta pesquisa foi publicada na revista Advanced Energy Materials .

Mais informações: Ken-ichi Uchida et al, Hybrid Transverse Magneto-Thermoelectric Cooling in Artificially Tilted Multilayers, Advanced Energy Materials (2023). DOI:10.1002/aenm.202302375
Informações do diário: Materiais Energéticos Avançados

Fornecido pelo Instituto Nacional de Ciência de Materiais