液态金属直写式热电发生器的性能优化

之前已证明，镓康铜热电偶的热电性能远高于镓镓铟合金热电偶的热电性能，为得到较大电压和功率，这里选用镓康铜热电偶制成热电发生器。

可印刷热电发生器的制作步骤如下［16］：（1）首先用0.15 mm厚的PVC板根据所需形状制作掩膜，形成20个槽道；（2）以1 mm厚的硅胶板作为基底，在其上覆盖掩膜，用笔刷将液态镓根据槽道形状涂覆成薄膜；（3）取下掩膜，将康铜丝搭接在每两个镓薄膜之间，保证康铜丝两端与镓薄膜两端相接；（4）最后使用透明705硅橡胶封装镓部分，完成装置制作。

图13.4a为一个由20对镓康铜热电偶组成的热电发生器的原型，镓热电极尺寸为100mm×10mm×10μm，康铜热电极尺寸100 mm×φ1.5mm，热电极间距5mm。

实验中，两相隔450mm的铝块（尺寸300mm×20mm×10mm）分别为热电发生器提供冷却和加热表面，并起支撑固定作用。热电发生器的硅胶基底通过硅橡胶黏接在两铝块上方，并保证热电偶热端和冷端分别位于两铝块正上方。铝块下方由平板加热器提供热量，热界面材料用于铝块和平板加热器的接触表面以减少接触热阻。使用T型热电偶监测温度，安捷伦34970A采集温度和电压数据。

图13.4b所示为镓康铜热电发生器原型机的热电势温差关系曲线。

根据热电堆输出电压的基本公式，热电堆的输出电动势为各串联热电偶输出热电势的叠加，即(www.xing528.com)

其中，n为串联的热电偶个数。

对比图13.2和图13.4的结果看到，当温差为140℃时，20个同样尺寸的热电偶串联可得到输出电压约为105 mV，近似于同样温差下单个热电偶输出电压（约5.05 mV）之和，显示了热电偶形状尺寸的可控性。

图13.4　镓-康铜热电发生器及性能［15］

a.原型机；b.热电势温差关系。