Выявлено влияние дефектов на свойство электронной эмиссии графеновых электродов
Изучив влияние радиационных дефектов на работу выхода графеновых электродов в термоэлектронных преобразователях энергии (ТЭП), исследовательская группа обнаружила, что образование дефектов в графене в результате облучения увеличивает работу выхода и снижает способность к эмиссии электронов. Это приводит к снижению выходной мощности и эффективности преобразования ТЭО. Исследовательская группа, возглавляемая профессором Ю Цзе и доцентом Цзян Чжичжуном из Института физических наук Хэфэй Китайской академии наук, опубликовала свои выводы в Applied Surface Science.
Принципиальная схема термоэмиссионного преобразователя энергии. Кредит: Чжао Мин
Графен имеет огромный потенциал применения в качестве материала покрытия электродов для ТЭО микрореактора, что может значительно улучшить способность электрода к эмиссии электронов.
Электродные материалы будут подвергаться облучению высокоэнергетическими частицами при использовании ТЭО. Предыдущие исследования показали, что типы дефектов, вызванных облучением в графене, в основном представляют собой дефекты Стоуна-Уэйлса, дефекты легирования и углеродные вакансии. Появление дефектов повлияет на адсорбционные свойства щелочных и щелочноземельных металлов на поверхности графена в межэлектродном промежутке, а затем изменит электронно-эмиссионные свойства графенового покрытия.
В этом исследовании исследователи проанализировали механизм внутреннего влияния дефектов на свойства графена. Они изучили поведение адсорбции и миграции щелочных и щелочноземельных металлов на поверхности дефектного графена в атомном масштабе, используя расчеты DFT.
Миграционное поведение атомов щелочных и щелочноземельных металлов на чистых и кислородсодержащих дефектных поверхностях графена. Кредит: Чжао Мин
«Места дефектов действуют как ловушки для адатомов металлов», — объяснил Чжао Мин, член группы. «Диффузия металла вблизи дефекта Стоуна-Уэйлса и дефекта углеродных вакансий была сильно затруднена. Барьер миграции металла на поверхности графена, легированного бором (B) или кислородом (O), также немного увеличился».
И что более важно, оказалось, что работа выхода графена с дефектом Стоуна-Уэйлса, дефектом углеродных вакансий и легирующими примесями была значительно увеличена, что в основном связано с уменьшением вероятности образования диполей и увеличением энергии когезии металла.
Эти фундаментальные выводы дают теоретическое руководство по применению материалов с графеновым покрытием в ТЭО.
