مواد حرارتی گرما را به برق تبدیل می کنند یا برعکس. با این حال ، کاربرد آنها برای برداشت گرمای زباله با چالش های موجود در ساخت و مواد محدود شده است. یافتن راههای مقرون به صرفه برای پوشاندن سطوح بزرگ و بالقوه پیچیده همچنان یک مسئله است اما بهره گیری از منابع گرمای زباله بسیار مهم است.
دانشمندان ماده آزمایشگاه ملی لارنس لیورمر (LLNL) برای ایجاد ژنراتورهای حرارتی استفاده کرده اند که می توانند گرمای زباله را از منابع قبلاً غیرقابل دسترسی ، مانند لوله هایی با هندسه های پیچیده برداشت کنند. ژنراتورها عملکرد خوبی را در طیف وسیعی از دما دارند.
گرمای زباله یک منبع عظیم غیر قابل استفاده است. سالانه سیزده چهار چهار BTU انرژی از طریق گرمای زباله توسط صنایع آمریکایی از بین می رود. BTU یا واحد حرارتی بریتانیا یک واحد اندازه گیری انرژی است. 3600 BTU معادل حدود 1 کیلووات ساعت است.
اما فقط سه رده BTU از طریق محل استقرار فرآیندها ، بازیابی انرژی از طریق دیگهای بخار و بازیابی ترموالکتریک بازیابی و به کار گرفته می شود. یکی از چالش ها در برداشت انرژی ، تولید یک ژنراتور است که می تواند گرما را به طور موثر برداشت کند . برای اینکه ماده ترموالکتریک موثر باشد باید گرادیان دما را به ولتاژ تبدیل کند. همچنین به هدایت الکتریکی بالایی نیز احتیاج دارد ، اما هدایت حرارتی کمی دارد.
در تحقیق جدید ، که در مجله انجمن مواد معدنی ، فلزات و مواد ( JOM ) آمده است ، این تیم یک لایه پودر بیسموت-تلورید را روی بسترهای مختلف از فولاد ضدزنگ تا سیلیکات آلومینیوم و کوارتز پاشیده می کند. ماده اسپری شده دارای ریزساختار تصادفی گرا تا حد زیادی عاری از منافذ بود و رسوب پاشش سرد بدون تغییرات ترکیبی قابل توجهی بدست آمد.
الکس بیکر ، فیزیکدان مواد LLNL ، الکس بیکر ، نویسنده اصلی مقاله گفت: "این نتایج قدرت و تطبیق پذیری تولید افزودنی های اسپری سرد را نشان می دهد و مسیری را برای ساخت ژنراتورهای ترموالکتریک در هندسه های پیچیده که برای ژنراتورها با رویکردهای سنتی غیرقابل دسترسی هستند فراهم می کند."
رسوب اسپری سرد پوشش ها به طور گسترده ای در صنعت برای پوشش های مقاوم در برابر خوردگی ، عملکرد سطح و ترمیم موضعی استفاده می شود. در این روش ، ذرات فلزی در مقیاس میکرون در گاز مافوق صوت قرار گرفته و روی یک سطح فلز هدایت می شوند. در اثر ضربه ، ذرات به صورت پلاستیک تغییر شکل می یابند و با سطح یا یکدیگر پیوند می خورند.
اسپری سرد به طور معمول به مواد قابل انعطاف محدود بوده است ، و این امر برای عناصر ساختاری و آلیاژهای مناسب بسیار مناسب است ، اما برای مواد کاربردی که معمولاً شکننده هستند ، به خوبی مجهز نیست. LLNL با همکاری شریک صنعتی TTEC Thermoelectric Technologies ، در تلاش است طیف وسیعی از مواد را که به عنوان بخشی از برنامه صندوق های تجاری سازی فناوری (TCF) که توسط وزارت انرژی تأمین می شود ، سرمازدگی کنند ، گسترش دهند.
بیکر گفت: "اسپری سرد در دماهای نسبتاً کم عمل می کند ، در زیر نقطه ذوب اکثر مواد کاربردی ، بنابراین در نظر گرفتن امکان وجود یک تکنیک تولید افزودنی که ریزساختار متناسب را که موجب خواص عملکردی می شود ، جذاب باشد."
ژنراتورهای حرارتی (TEG) هیچ قسمت متحرک ندارند ، بر اساس واکنشهای شیمیایی نیستند و عمر طولانی دارند و هیچگونه نیاز به تعمیر و نگهداری ندارند و آنها را به عنوان کاندیداهای عالی برای منبع تغذیه در مکانهای از راه دور یا غیرقابل دسترسی تبدیل می کنند. تا به امروز ، پذیرش TEG ها برای برداشت گرمای زباله محدود بوده است ، بخشی از آن به دلیل دشواری در ساخت قطعاتی که باعث ایجاد تماس صمیمی با پره های خنک کننده می شوند یا از لوله های انتقال تابش می شوند.
این تیم به این نتیجه رسیدند که رسوب اسپری سرد می تواند تکه های عمده ای از بیسموت-تلورید ترموالکتریک را بر روی طیف گسترده ای از بسترها ، بدون از بین رفتن یکپارچگی ساختاری ، تولید کند ، و نشان داد که اسپری سرد یک جایگزین مناسب برای رویکردهای تولید سنتی برای مواد حرارتی است.
هری رادووسکی ، محقق اصلی TCF گفت: "یکی از اهداف ما آوردن این فناوری به LLNL است که می تواند برای طیف گسترده ای از موارد تولید افزودنی اعمال شود."
- ۹۹/۰۲/۲۷