Nach der Untersuchung der Auswirkungen von Bestrahlungsdefekten auf die Austrittsarbeit von Graphenelektroden in thermionischen Energiewandlern (TECs) fand ein Forschungsteam heraus, dass die Erzeugung von Defekten in Graphen durch Bestrahlung die Austrittsarbeit erhöhen und die Elektronenemissionskapazität verringern würde. Dies führt zu einer reduzierten Ausgangsleistung und Umwandlungseffizienz von TECs.
Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Yu Jie und Associate Prof. Jiang Zhizhong von den Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat seine Ergebnisse in veröffentlicht Angewandte Oberflächenwissenschaft.
Graphen hat ein enormes Anwendungspotential als Elektrodenbeschichtungsmaterial für TECs des Mikroreaktors, das die Elektronenemissionsfähigkeit der Elektrode erheblich verbessern kann.
Elektrodenmaterialien werden während der Verwendung von TECs der Bestrahlung durch hochenergetische Partikel ausgesetzt. Frühere Studien haben gezeigt, dass die durch Bestrahlung in Graphen induzierten Arten von Defekten hauptsächlich Stone-Wales-Defekte, Dotierungsdefekte und Kohlenstoffleerstellen sind. Das Auftreten von Defekten beeinflusst die Adsorptionseigenschaften von Alkali- und Erdalkalimetallen auf der Graphenoberfläche im Elektrodenspalt und verändert dann die Elektronenemissionseigenschaften der Graphenbeschichtung.
In dieser Studie analysierten die Forscher den internen Einflussmechanismus von Defekten auf die Eigenschaften von Graphen. Sie untersuchten das Adsorptions- und Migrationsverhalten von Alkali- und Erdalkalimetallen auf der Oberfläche von defektem Graphen auf atomarer Ebene, indem sie die DFT-Berechnungen nutzten.
„Die Defektstellen fungieren als Fallen, um metallische Adatome einzufangen“, erklärte Zhao Ming, ein Mitglied des Teams. „Die Metalldiffusion in der Nähe des Stone-Wales-Defekts und des Kohlenstoffleerstellendefekts wurde stark behindert. Die Metallmigrationsbarriere auf der mit Bor (B) oder Sauerstoff (O) dotierten Graphenoberfläche erhöhte sich ebenfalls leicht.“
Und insbesondere stellte sich heraus, dass die Austrittsarbeit von Graphen mit Stone-Wales-Defekt, Kohlenstoffleerstellendefekt und Dotierstoffen signifikant erhöht war, was hauptsächlich auf die Abnahme der Wahrscheinlichkeit der Dipolbildung und die Zunahme der Kohäsionsenergie des Metalls zurückzuführen war.
Diese grundlegenden Erkenntnisse liefern theoretische Leitlinien für die Anwendung von graphenbeschichteten Materialien in TECs.
Mehr Informationen:
Ming Zhao et al, Grundprinzipienstudie zur Adsorption und Migration von Alkali- und Erdalkalimetallen (Rb, Cs und Ba) auf Graphen, Angewandte Oberflächenwissenschaft (2022). DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.155505