热电器件是一类基于材料热电效应,利用材料内部载流子运动实现热能和电能直接相互转换的装置。充分利用热电转换技术加大对热能的回收利用,对于提高能源利用率、解决特殊场景下无源传感等实际问题具有重要意义。除了受限于热电材料的发展,热电器件转换效率较低以外,面对大量低成本甚至零成本的余废热资源时,制约热电器件规模化应用的瓶颈亦包括器件制备的低成本效益。等离子喷涂技术作为重要的表面工程技术,成熟应用于航天航空等领域,具有工艺成本低、生产效率高、表面适应性灵活等优势。为此,针对元素储量丰富、环境友好的高锰硅材料,本文提出采用等离子喷涂技术制备高锰硅热电功能涂层,旨在实现热电涂层的规模化、低成本制备,并探索层积型热电器件的喷涂制造。围绕上述问题,本文开展了等离子喷涂高锰硅涂层组织与性能工艺研究,通过观察高锰硅粒子的扁平化行为,确定了工艺参数对高锰硅涂层显微结构、力学性能、电导率与塞贝克系数的影响规律,通过对不同粒子熔化状态对应的高锰硅涂层的物相成分、微观组织、热电性能进行分析,揭示了高锰硅粒子与等离子射流交互作用对高锰硅涂层热电性能的影响机理,连接了喷涂工艺-涂层结构-涂层性能关系。为便于高锰硅涂层热电性能的表征,基于Seebeck系数与电导率测试原理设计开发了针对涂层样品的热电性能测试装置,详细阐述了塞贝克系数与电导率测量的基本原理,展示了基于准稳态塞贝克系数测试方法的装置结构细节与测试软件系统,该装置结构简单,可实现50℃至500℃温度范围内涂层样品电导率与塞贝克系数的同步测量,并结合测试实例验证了测试方法和测试装置的有效性。基于对高锰硅粒子扁平化行为的研究,确定了等离子喷涂功率、喷涂距离、预热温度的工艺窗口,结合凝固诱导飞溅模型解释了工艺参数对粒子铺展过程的影响。高锰硅扁平粒子形貌受喷涂距离与喷涂功率的影响显著,基体预热可明显提高沉积粒子数并改善粒子飞溅。在所获得的工艺窗口内设计正交实验,研究了等离子喷涂工艺（喷涂电流、喷涂距离、Ar气流量、H2流量）对高锰硅涂层性能的影响规律:对涂层孔隙率、电导率、塞贝克系数与拉伸强度的主要影响因子依次为喷涂距离、喷涂电流、H2气流量与喷涂距离,喷涂电流与H2气流量对高锰硅涂层热电性能影响最为显著,而高锰硅涂层孔隙率对涂层电导率的影响不大。为了进一步解释等离子喷涂过程对高锰硅涂层热电性能的影响,通过对粒子熔化状态的针对性调控,分析了高锰硅粒子与等离子射流交互作用对高锰硅涂层热电性能的影响机理。高锰硅涂层的电导率表现出简并半导体金属传导特性,在19～28 k W范围内随喷涂功率的增加而下降,与Mn元素含量下降趋势表现出很强的一致性。涂层Seebeck系数表现出P型传导机制,与喷涂功率对涂层电导率的影响相反。高锰硅粒子Mn蒸发总量取决于Mn原子向液/气相界面的传质过程:非完全熔化状态下,Mn蒸发形成贫Mn壳层降低蒸发传值系数防止内部液相的Mn损失;粒子完全熔化时,贫Mn层会在持续涡流作用下不断被破坏,同时不断在整个熔滴内部形成新的均匀Mn分布,造成粒子内部Mn含量显著下降及粒子表面O、Mn含量的台阶式变化。Mn蒸发驱动HMS的相转变,造成单质Si相含量增加,高功率涂层内HMS相为Mn15Si26+Mn27Si47。在上述研究基础上,结合喷涂涂层特性,设计了一种管状层积型热电器件,并在所构建的热电器件数值模型基础上,遵循最大输出功率优化策略,分析了热电器件各层尺寸参数对输出功率的影响。综合数值模型计算结果与前期工艺研究,探索管形热电器件的等离子喷涂制备,最终等离子喷涂制备的管形TEG在自然散热工况下,单P-N单元在内部热源温度450℃时电压输出为24.69m V,满足超低压收集装置的电压输入要求,具有通过余废热回收支撑无源传感的实际应用潜力。