熱能可以轉(zhuǎn)換為電能？此前認(rèn)為不可能實(shí)現(xiàn)

9月30日消息，據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，一支由多國(guó)科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)找到了一種捕捉熱能、并將其轉(zhuǎn)化為電能的方法，能夠利用汽車尾氣、行星際太空探測(cè)器和工業(yè)生產(chǎn)過程中的熱能，實(shí)現(xiàn)更高的能量轉(zhuǎn)化率。

科學(xué)家指出，借助這項(xiàng)研究，我們將能夠利用熱能生產(chǎn)出更多的電能。而在此之前，科學(xué)家都認(rèn)為這是不可能實(shí)現(xiàn)的。

該研究以一種名叫“順磁磁振子”（paramagnons）的微粒子為基礎(chǔ)，這種粒子嚴(yán)格來說并不是磁鐵，但帶有一定的磁通量。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)榇盆F在加熱后便會(huì)失去磁性，變成“順磁”。磁振子自旋會(huì)產(chǎn)生一種名叫“磁振子曳引熱電”的能量。但自從發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象以來，科學(xué)家始終沒能在室溫下利用該效應(yīng)收集能量。

參與此次研究的科學(xué)家指出：“人們過去認(rèn)為，順磁加熱后不會(huì)發(fā)生任何變化，但我們發(fā)現(xiàn)事實(shí)并非如此。我們找到了一種設(shè)計(jì)熱電半導(dǎo)體的新方法，可以利用這種材料將熱能轉(zhuǎn)化為電能。過去20年間發(fā)現(xiàn)的傳統(tǒng)熱電效應(yīng)效率太低，轉(zhuǎn)化的能量太少，因此并未得到廣泛使用。而我們的發(fā)現(xiàn)將改變這一局面。”

磁鐵是采集熱能的關(guān)鍵：當(dāng)磁鐵一面被加熱時(shí)，溫度較低的另一面便會(huì)獲得更多磁性，產(chǎn)生自旋，從而推動(dòng)磁鐵中的電子、產(chǎn)生電流。

但矛盾在于，磁鐵受熱時(shí)會(huì)損失大部分磁性，變成順磁，即“差不多是磁鐵，但嚴(yán)格來說不算磁鐵”。因此在此次研究之前，從沒有人想過用順磁收集熱能，因?yàn)榭茖W(xué)家們認(rèn)為順磁無法收集能量。而此次研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，順磁磁振子能夠?qū)㈦娮油苿?dòng)10-15秒，足以讓順磁收集到足夠的能量了。

研究人員們先是測(cè)試了順磁磁振子能否在合適的條件下產(chǎn)生必需的自旋，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，順磁磁振子的確能產(chǎn)生推動(dòng)電子運(yùn)動(dòng)所需的自旋。這樣一來，順磁就可以收集能量了。

參與此次研究的科學(xué)家們包括美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)、北卡羅來納州立大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院的研究人員。該研究與美國(guó)能源部橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開展，并得到了美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)空軍科學(xué)研究辦公室、以及美國(guó)能源部的支持。（葉子）