（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(yīng)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(fù)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(xué)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(fù)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(dá)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(dāng)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(shè)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(dǎo)率，但低熱導(dǎo)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(xué)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(fù)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(fù)雜的熱電發(fā)電機。”涂層的冷噴涂沉積在整個行業(yè)中廣泛用于耐腐蝕覆層，表面功能化和局部修復(fù)。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(dǎo)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(xué)反應(yīng)，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(yuǎn)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(biāo)之一是將這項技術(shù)引入LLNL，并將其應(yīng)用于廣泛的增材制造問題。”
（責(zé)任編輯：fqj）