新的制造工藝可讓熱電裝置在更多場景中發(fā)揮作用

（文章來源：科技報告與資訊）

熱電材料將熱量轉(zhuǎn)化為電能，反之亦然。然而，它們在收集廢熱中的應用受到制造和材料的限制。尋找具有成本效益的方法來覆蓋較大且可能復雜的表面仍然是一個問題，這對于充分利用余熱源而言至關(guān)重要。

勞倫斯·利弗莫爾國家實驗室（LLNL）的材料科學家使用一種稱為冷噴涂沉積的增材制造技術(shù)來制造熱電發(fā)生器，該熱電發(fā)生器可以從以前難以獲得的來源（例如具有復雜幾何形狀的管道）中收集廢熱。發(fā)電機在較寬的溫度范圍內(nèi)均顯示出良好的性能。

余熱是巨大的未開發(fā)資源。美國工業(yè)每年因廢熱而損失的能量達到13萬億BTU。BTU（英制熱量單位）是能量的計量單位。3,600 BTU相當于大約1千瓦時。

但是，只有四分之三廢熱可以通過過程共置、鍋爐的能量回收和熱電回收等方法來回收并投入使用。收集能量的一個挑戰(zhàn)是設計一種能夠有效收集熱量的發(fā)電機。為了使熱電材料有效，必須將溫度梯度轉(zhuǎn)換為電壓。它還需要高電導率，但低熱導率。

在發(fā)表在《The Minerals, Metals & Materials Society (JOM)》（JOM）上的這項新研究中，研究小組在不銹鋼，硅酸鋁和石英等基材上冷噴涂了碲化鉍粉末。噴涂的材料具有隨機取向的微觀結(jié)構(gòu)，基本上沒有孔，并且無需大量的成分變化即可實現(xiàn)冷噴涂沉積。

LLNL材料物理學家Alex Baker說：“這些結(jié)果證明了冷噴涂增材制造的強大功能和多功能性，并提供了制造復雜幾何形狀的熱電發(fā)電機的途徑，而傳統(tǒng)方法無法制造這種復雜的熱電發(fā)電機?！蓖繉拥睦鋰娡砍练e在整個行業(yè)中廣泛用于耐腐蝕覆層，表面功能化和局部修復。在這種技術(shù)中，微米級金屬顆粒被夾帶在超聲氣體中并被引導到金屬表面上。撞擊時，顆粒發(fā)生塑性變形并與表面或彼此粘合。

冷噴涂通常僅限于可延展材料，使其非常適合于結(jié)構(gòu)元件和合金，但不適用于通常易碎的功能材料。LLNL與工業(yè)合作伙伴TTEC熱電技術(shù)公司合作，努力擴大可冷噴涂的材料范圍，這是能源部資助的技術(shù)商業(yè)化資金（TCF）計劃的一部分。

Bake說：“冷噴涂在相對較低的溫度下工作，低于大多數(shù)功能材料的熔點，因此考慮采用增材制造技術(shù)來保留定制的驅(qū)動功能特性的微結(jié)構(gòu)是很有吸引力的。”

熱電發(fā)電機（TEG）沒有活動部件，不基于化學反應，并且使用壽命長，并且沒有維護要求，因此非常適合作為偏遠或人跡罕至的地方的電源。迄今為止，采用TEG收集廢熱受到了限制，部分原因是難以制造與散熱片緊密接觸或從傳輸管輻射的零件。

研究小組得出結(jié)論，冷噴涂沉積可以在各種基板上制造大塊的熱電碲化鉍，而又不損失結(jié)構(gòu)完整性，這表明冷噴涂是熱電材料傳統(tǒng)制造方法的可行替代方案。TCF首席研究員哈里·拉杜斯基（Harry Radousky）表示：“我們的目標之一是將這項技術(shù)引入LLNL，并將其應用于廣泛的增材制造問題。”
（責任編輯：fqj）