研究人员揭示了缺陷对石墨烯电极电子发射特性的影响

在研究了辐照缺陷对热离子能量转换器(TEC)中石墨烯电极功函数的影响后，研究小组发现通过辐照在石墨烯中产生缺陷会增加功函数并降低电子发射能力。这导致TEC的功率输出和转换效率降低。

由中国科学院合肥物质科学研究院于杰研究员和蒋志忠副研究员领衔的研究团队近日在AppliedSurfaceScience上发表了他们的研究成果。

石墨烯作为微反应器TECs的电极涂层材料具有巨大的应用潜力，可显着提高电极的电子发射能力。

在TECs使用过程中，电极材料会受到高能粒子的辐照。以往的研究表明，石墨烯中辐照引起的缺陷类型主要是斯通-威尔斯缺陷、掺杂缺陷和碳空位。缺陷的出现会影响电极间隙中碱金属和碱土金属在石墨烯表面的吸附性能，进而改变石墨烯涂层的电子发射性能。

在这项研究中，研究人员分析了缺陷对石墨烯性能的内在影响机制。他们利用DFT计算在原子尺度上研究了碱金属和碱土金属在缺陷石墨烯表面的吸附和迁移行为。

“缺陷位点起到捕获金属吸附原子的陷阱的作用，”团队成员赵明解释道。“Stone-Wales缺陷和碳空位缺陷附近的金属扩散受到严重阻碍。掺杂硼(B)或氧(O)的石墨烯表面的金属迁移势垒也略有增加。”

更值得注意的是，事实证明，具有Stone-Wales缺陷、碳空位缺陷和掺杂的石墨烯的功函数显着增加，这主要归因于偶极子形成概率的降低和金属内聚能的增加。

这些基本发现为石墨烯涂层材料在TEC中的应用提供了理论指导。