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)研究方面取得新進展，研究成果發(fā)表在國際材料薄膜領域期刊 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，早期的理論計算和實驗研究表明，在石墨烯內部輻照誘導的缺陷類型主要是Stone-Wales缺陷、摻雜缺陷和碳空位等。缺陷的產生將會影響電極間隙內堿金屬和堿土金屬在石墨烯表面的吸附性質，進而改變石墨烯涂層的電子發(fā)射性能（功函數(shù)）。 

　　針對上述問題，科研人員通過第一性原理計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。研究結果表明：（1）石墨烯表面缺陷位點作為陷阱對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散受到了嚴重的阻礙，在摻雜B或O的石墨烯表面，金屬原子遷移勢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，這主要歸因于電偶極子形成概率的降低以及金屬內聚能的增加。本研究工作為石墨烯涂層材料在反應堆熱離子發(fā)電器件中的應用提供了理論指導。 

　　上述研究工作理論計算部分在合肥先進計算中心完成。 

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

　　圖1 熱離子能量轉換示意圖 

　　圖2 堿金屬和堿土金屬在原始和含氧缺陷石墨烯表面的遷移行為