热电永磁体为热管理技术开辟了新的可能性

1. NIMS 研究小组证明，横向热电转换(即彼此正交流动的电荷流和热流之间的能量转换)可以通过施加磁场或利用磁性来大大增强。此外，该团队通过将永磁体和热电材料组合成混合结构，开发了热电永磁体——一种能够热电冷却和发电的新型功能材料。这些结果可以指导使用普通磁铁实现热管理和能量收集。

2. 塞贝克效应和珀耳帖效应在热电转换(TEC)技术中的应用已得到广泛研究。这些效应被归类为纵向 TEC 现象——彼此并行流动的电荷流和热流之间的转换。虽然纵向TEC器件比横向器件具有更高的能量转换效率，但其结构更加复杂。相比之下，结构更简单的横向TEC装置可以具有低能量损失、低制造成本和优异的耐用性。然而，为了实现横向TEC器件的实用化，其转换效率还需要提高。横向 TEC 由不同类型的物理现象驱动：磁感应现象(即磁热电效应)和归因于各向异性晶体或电子结构的现象。这些现象以前只是相互独立地进行研究。

3. NIMS 研究小组最近制造了一种人工倾斜的多层材料——一种能够同时表现出三种不同类型的 TEC 现象(包括磁热电效应)的混合材料。随后，该团队展示了这种材料由于横向 TEC 的增强冷却性能。该混合材料是通过交替堆叠和粘合具有大磁热电效应的Bi 88 Sb 12合金板和具有大珀耳帖效应的Bi 0.2 Sb 1.8 Te 3合金板而制成的。然后对角切割该叠层以形成人工平铺的多层材料。当对这种材料施加磁场时，其横向 TEC 效率增加，这归因于三种类型 TEC 现象的综合效应。随后，研究小组用永磁体替换了Bi 0.2 Sb 1.8 Te 3合金板(见下图)，发现即使没有外部磁场，横向TEC性能也可以通过磁热电效应得到改善。

4. 这项研究展示了磁性材料的设计方法，以提高其热电冷却和发电能力。在未来的研究中，该团队将开发具有更好热管理和能量收集能力的材料/设备，以实现可持续社会和改进的物联网系统。

5. 该项目由 Ken-ichi Uchida(NIMS 磁性和自旋电子材料研究中心(CMSM)杰出组长)、Takamasa Hirai(CMSM、NIMS 研究员)、Fuyuki Ando(CMSM、NIMS 特别研究员)进行)和 Hossein Sepehri-Amin(CMSM、NIMS 组长)。这项工作是 JST ERATO 战略基础研究计划下的内田磁热管理材料项目(研究主任：Ken-ichi Uchida;拨款号：JPMJER2201)的一部分。

6. 该研究成果于2023年11月29日发表在Advanced Energy Materials网络版上。

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