石墨烯电子热电子发射与热电子能量转换器

本文提出了一种模型，用于研究单层石墨烯（忽略衬底效应）的电子热电子发射，并探索其作为热电子能量转换器 (TIC) 发射极的应用。推导出了一个解析公式，该公式是温度、功函数和费米能级的函数。该公式与传统理查森 - 杜什曼 (RD) 定律显著不同，后者与质量无关，而本公式考虑了石墨烯中表现为无质量费米子准粒子的电子供给函数。通过与最近测量悬浮单层石墨烯电子热电子发射的实验 [Kaili Jiang et al., Nano Research 7, 553 (2014)] 进行比较，我们的模型预测单层石墨烯的本征功函数约为 4.514 eV，费米能级为 0.083 eV。对于给定的功函数，预测了新的 $T^{3}$ 标度律，这与传统的 $T^2$ RD 标度律不同。如果将石墨烯的功函数降低至 2.5 至 3 eV，并将费米能级提高至 0.8 至 0.9 eV，则有可能设计出工作在约 900 K 或更低温度下的基于石墨烯阴极的 TIC，相比之下，基于金属阴极的 TIC 工作温度约为 1500 K。在 900 K 下使用基于石墨烯的阴极（功函数 = 4.514 eV），并在 425 K 下使用基于金属的阳极（如 LaB$_6$，功函数 = 2.5 eV），我们提出的 TIC 效率约为 45$\%$。