NEC、NEC Tokin以及日本東北大學(Tohoku University)聯手開發出一種薄膜式的自旋Seebeck熱電元件,期望能以低溫、低成本的方式製造成較大單層,用於包覆工業廢熱源。日本的研究人員們宣稱,由於採用了新材料與新元件結構,使其得以達到較以往更高10倍的轉換效率。

這項名為“Flexible heat-flow sensing sheets based on the longitudinal spin Seebeck effect using one-dimensional spin-current conducting films”的研究究發表於最新一期的《科學報告》(Scientific Reports)期刊中,公開了一種鐵氧體電鍍法,可在90°C的製程溫度時,在25um厚的聚醯亞胺基板上生長1um厚的Ni0.2Zn0.3Fe2.5O4鐵磁薄膜。

相較於競爭解決方案,這種製程方法不僅能在較低溫度下進行,也有賴於兩種溶液(FeCl2 + NiCl2 + ZnCl2,以及氧化劑NaNO2+CH3COONH4)經由噴嘴噴灑在塑料薄膜上的含水反應,使得這種製程相當易於在較大的塑料薄膜上擴展或形成不同的形狀。

文中並描述這種薄膜TE如何成功作為熱流感測器,以實現大規模檢測應用。至於未來,攜手這項研究的三家合作夥伴的目標在於進一步提高能源轉換效率,使其得以從植物、資料中心、汽車以及其他熱源等大量廢熱中發電。

研究人員們還看好藉由新的鈷合金,可望取代昂貴的鉑(鉑通常作為電極材料),以便在自旋Seebeck熱電元件中擷取電力,從而大幅降低生產成本。

這些研究結果是日本科技部(JST)「先進技術探索研究計劃」(Exploratory Research for Advanced Technology;ERATO)旗下「SAITOH自旋量子整流計劃」(SAITOH Spin Quantum Rectification Project)的一部份,由東北大學教授Eiji Saitoh主導,在2014至2020之間進行。Eiji Saitoh與該校助理教授Ken-ichi Uchida兩人在2008年發明了自旋Seebeck熱電效應。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Japanese researchers develop low-cost thermoelectric thin films,by Julien Happich)