多鐵性材料可將熱直接轉化為電

　　據美國物理學家組織網近日報道，從1824年開始，工程師們就已學會利用液體水和氣體水之間的相變來發電。現在，美國科學家開始探索使用名為多鐵性材料的金屬合金發生“相變”來直接將熱轉化為電。

　　美國明尼蘇達大學的理查德·詹姆斯領導的團隊希望利用多鐵性材料中自然出現的相變代替水的相變來發電，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，即一種晶體結構會突然變形為另一種，這種相變被稱為馬氏體相變。詹姆斯團隊研發出馬氏體相變數學理論，并借此找到了一種方法，可系統地協調多鐵性材料的組成來打開和關閉該相變。

　　一般而言，金屬會打開磁性，但磁滯現象會阻礙其發生。詹姆斯表示：“關鍵是操縱合金的組成，使發生馬氏體相變的兩個晶體結構能完美地共處，這樣，相變的磁滯現象會顯著減少，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調合金內出現完美的接口。”

　　為此，詹姆斯和比利時安特衛普大學材料科學電子顯微鏡實驗室（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，就像發電廠中發生相變的水一樣。如果用小線圈環繞該合金，并通過相變加熱它，磁性的突變會在線圈產生電流。在這一過程中，合金會吸收一些潛熱，將熱直接變為電。”

　　這項技術將具有深遠的影響，人們有望不再需要為發電廠配備龐大的壓力容器、運送和加熱水的排水設施以及熱交換器。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電。”

　　科學家們也研制出了這種設備的薄膜版本，其可用于計算機中，將計算機排出的廢熱轉化為電給電池充電。詹姆斯強調說，這只是馬氏體相變用于能源轉化的諸多應用中的幾個。這兩個相位除了磁性不同之外，還有很多物理屬性也不同，可用于用熱發電。