1次磁気相転移を利用した熱誘起型電磁誘導発電技術の開発

• 研究課題/領域番号: 21K18705
• 研究種目: 挑戦的研究(萌芽)
• 配分区分: 基金
• 審査区分: 中区分21:電気電子工学およびその関連分野
• 研究機関: 東北学院大学
• 研究代表者: 枦 修一郎 東北学院大学, 工学部, 教授 (90324285)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2023年度)
• 配分額: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円); 2022年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2021年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: 環境発電 / 磁気相転移 / 熱誘起 / 電磁誘導

研究開始時の研究の概要

本研究では、磁性材料の示す特異で急峻な磁気相転移現象に着目し、それを利用することで、わずかな温度差により生じる強磁性相－非強磁性相の瞬間的な磁化（磁束密度）変化による熱誘起型電磁誘導発電技術を確立し、それを用いた新規概念の高効率な熱利用型環境発電デバイスの実現を目指す。本方式は、磁気相転移磁性体、発電用巻線、バイアス用磁石のみの構成で、機械的な稼働機構を全く有しないため熱電材と同様に全個体方式とみなせ、耐久性が高くまたミクロンサイズまでの小型化への可能性を有している。

研究成果の概要

磁性体の１次磁気相転移に伴う強磁性相－非磁性相の瞬間的な磁化（磁束）変化を利用した熱誘起型電磁誘導発電を目的として、原子濃度比が１：１のFe-Rh合金を作製し、5×7.4×2.5mmに切り出した試料に1100～1200℃、24時間の熱処理を施し評価用試料を得た。磁化の温度変化の測定結果より、試料は不規則相（fcc）を含んでおり緩慢な磁化変化であった。これより合金作製時の両元素の偏析が推察される。またこれらの試料を用いて、100℃程度の加熱状態から液体窒素を吹きかけて急速冷却することで、冷却時の相転移による磁化変化に伴う誘導起電力の発生が可能か試みたが、明確な誘導起電力は確認できなかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

熱を利用する環境発電は、大規模になりがちな熱機関以外ではゼーベック効果を利用する熱電材料に限られ、高温側と低温側の温度差の大きさが発電効率に大きく寄与するため、人工的な発熱源を利用しない限り、人の生活環境温度範囲において、気温や室温などわずかな温度差や温度変化による発電は困難である。これに対し、わずかな温度変化の範囲内で電磁誘導を引き起こすという新規概念の環境発電技術の原理が実証されれば、環境発電の分野のみならず、新たな視点での磁気相転移に関わる磁気物理・材料開発の研究及びその応用分野の開拓などに貢献できる潜在性を有する。