Après avoir étudié les effets des défauts d’irradiation sur la fonction de travail des électrodes de graphène dans les convertisseurs d’énergie thermioniques (TEC), une équipe de recherche a découvert que la génération de défauts dans le graphène par irradiation augmenterait la fonction de travail et réduirait la capacité d’émission d’électrons. Il en résulte une puissance de sortie et une efficacité de conversion réduites des TEC.
L’équipe de recherche, dirigée par le professeur Yu Jie et le professeur associé Jiang Zhizhong des instituts Hefei des sciences physiques de l’Académie chinoise des sciences, a publié ses découvertes dans Sciences appliquées des surfaces.
Le graphène a un énorme potentiel d’application en tant que matériau de revêtement d’électrode pour les TEC du microréacteur, ce qui peut améliorer considérablement la capacité d’émission d’électrons de l’électrode.
Les matériaux d’électrode seront exposés à l’irradiation par des particules à haute énergie lors de l’utilisation des CET. Des études antérieures ont montré que les types de défauts induits par l’irradiation dans le graphène sont principalement des défauts de Stone-Wales, des défauts de dopage et des lacunes de carbone. L’apparition de défauts affectera les propriétés d’adsorption des métaux alcalins et alcalino-terreux sur la surface du graphène dans l’espace entre les électrodes, puis modifiera les propriétés d’émission d’électrons du revêtement de graphène.
Dans cette étude, les chercheurs ont analysé le mécanisme d’influence interne des défauts sur les propriétés du graphène. Ils ont étudié les comportements d’adsorption et de migration des métaux alcalins et alcalino-terreux à la surface du graphène défectueux à l’échelle atomique en utilisant les calculs DFT.
« Les sites défectueux agissent comme des pièges pour piéger les adatomes métalliques », a expliqué Zhao Ming, membre de l’équipe. « La diffusion du métal près du défaut de Stone-Wales et du défaut de lacune de carbone a été gravement entravée. La barrière de migration du métal sur la surface du graphène dopée au bore (B) ou à l’oxygène (O) a également légèrement augmenté. »
Et plus particulièrement, il s’est avéré que les fonctions de travail du graphène avec défaut de Stone-Wales, défaut de lacune de carbone et dopants étaient considérablement augmentées, ce qui était principalement attribué à la diminution de la probabilité de formation de dipôles et à l’augmentation de l’énergie de cohésion du métal.
Ces découvertes fondamentales fournissent des orientations théoriques pour l’application de matériaux revêtus de graphène dans les CET.
Plus d’information:
Ming Zhao et al, Étude des premiers principes de l’adsorption et de la migration des métaux alcalins et alcalino-terreux (Rb, Cs et Ba) sur le graphène, Sciences appliquées des surfaces (2022). DOI : 10.1016/j.apsusc.2022.155505