科學(xué)島團(tuán)隊(duì)在輻照缺陷影響熱離子發(fā)電器件石墨烯電極功函數(shù)研究方面取得新進(jìn)展

近期，中科院合肥研究院核能安全所在輻照缺陷影響熱離子發(fā)電器件石墨烯電極功函數(shù)研究方面取得新進(jìn)展，研究成果發(fā)表在國際材料薄膜領(lǐng)域期刊 Applied Surface Science 上。

石墨烯作為微型堆熱離子發(fā)電器件電極涂層材料具有巨大的應(yīng)用潛力，能夠顯著提升電極表面的電子發(fā)射能力。熱離子發(fā)電器件在服役過程中，電極材料將面臨高能粒子的輻照作用，早期的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究表明，在石墨烯內(nèi)部輻照誘導(dǎo)的缺陷類型主要是Stone-Wales缺陷、摻雜缺陷和碳空位等。缺陷的產(chǎn)生將會(huì)影響電極間隙內(nèi)堿金屬和堿土金屬在石墨烯表面的吸附性質(zhì)，進(jìn)而改變石墨烯涂層的電子發(fā)射性能（功函數(shù)）。

針對(duì)上述問題，科研人員通過第一性原理計(jì)算方法在原子尺度上研究了缺陷石墨烯表面堿金屬和堿土金屬的吸附和遷移行為。研究結(jié)果表明：（1）石墨烯表面缺陷位點(diǎn)作為陷阱對(duì)金屬原子具有捕獲作用，Stone-Wales缺陷和碳空位缺陷附近的金屬原子擴(kuò)散受到了嚴(yán)重的阻礙，在摻雜B或O的石墨烯表面，金屬原子遷移勢(shì)壘也有不同程度的升高；（2）Stone-Wales缺陷、碳空位缺陷及摻雜石墨烯的表面功函數(shù)均顯著增加，電子發(fā)射能力明顯降低，這主要?dú)w因于電偶極子形成概率的降低以及金屬內(nèi)聚能的增加。本研究工作為石墨烯涂層材料在反應(yīng)堆熱離子發(fā)電器件中的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。

上述研究工作理論計(jì)算部分在合肥先進(jìn)計(jì)算中心完成。

文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.155505