多孔泡沫热电器件断裂及其对能量转化性能的影响规律研究

热电器件能把废热转化为电能,减少二氧化碳排放,符合国家节能减排、逐步实现碳中和的发展需求.该文通过建立多孔热电器件的热、电传导分析模型,解释了多孔热电泡沫高输出功率的内在机制,并揭示了几何结构及孔隙率对断裂破坏的影响机理.在此基础上,阐明了断裂破坏对器件转化性能的影响规律.研究发现,随着孔隙率的增加,热电泡沫与金属层之间的界面剪切应力减小.同时,只要多孔热电泡沫的内部裂纹开始扩展就不会停止,直至器件完全破坏.此外,随着裂纹扩展,输出功率呈现先增加后减小的趋势.这是因为裂纹的形成间接增大了热电泡沫的孔隙率,导致器件与废热的接触面积增大,进而提高热电器件的输出功率;随着裂纹进一步扩展,其必然减弱热电器件的导热和导电性能,进而减小热电器件的输出功率.