通过集成金属泡沫提升分段式热电装置的热震抗性

《Nature Communications》：Improving thermal shock resistance of segmented thermoelectric devices via metal foam integration

　　

摘要

热冲击失效限制了高性能分段热电装置在太空探索等极端环境中的长期稳定运行。以方钴矿型Bi₂Te₃分段热电元件为例，我们发现热冲击失效源于焊料与热电材料之间的热膨胀不匹配所导致的热应力集中。为解决这一问题，我们设计了一种镍泡沫复合焊料层，该结构能够约束焊料基体，降低其有效热膨胀系数，同时通过热冲击时的塑性变形吸收应变能。采用镍泡沫复合焊料层的元件可承受七次热冲击而保持界面完好，其预期使用寿命约为133次冷启动循环，这一数值是传统焊料层元件的约6倍。这种金属泡沫复合焊接策略为提高热电装置在极端温度条件下的稳定性提供了实用方法，有助于推动其在实际应用中的发展。