开发了一种新的基于物理的模型,该模型可以准确预测从温度限制 (TL) 到全空间电荷限制 (FSCL) 区域的热电子发射发射电流。对热电子发射的实验观测表明,发射电流密度与温度 (J − T) (Miram) 曲线和发射电流密度与电压 (J − V) 曲线的 TL 和 FSCL 区域之间存在平滑过渡。了解 TL-FSCL 转变的温度和形状对于评估阴极的热电子发射性能(包括预测寿命)非常重要。然而,还没有基于第一原理物理的模型可以预测真实热电子阴极的平滑 TL-FSCL 转变区域,而无需应用物理上难以证明的先验假设或经验现象方程。先前对非均匀热电子发射的详细描述发现,3-D空间电荷、贴片场(基于局部功函数值的阴极表面静电势不均匀性)和肖特基势垒降低的影响会导致从具有棋盘格空间分布功函数值的模型热电子阴极表面到平滑的TL-FSCL过渡区域。在这项工作中,我们首次为商用分配器阴极构建了基于物理的非均匀发射模型。该发射模型是通过结合通过电子背散射衍射(EBSD)获得的阴极表面晶粒取向和来自密度泛函理论(DFT)计算的面取向特定的功函数值获得的。该模型可以构建阴极表面的二维发射电流密度图和相应的 J-T 和 J-V 曲线。预测的发射曲线与实验结果非常吻合,不仅在 TL 和 FSCL 区域,而且在 TL-FSCL 过渡区域也是如此。该模型提供了一种从商用阴极微结构预测热电子发射的方法,并提高了对热电子发射与阴极微结构之间关系的理解,这对真空电子设备的设计大有裨益。
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies & Hunan Provincial Key Laboratory of Novel Nano-optoelectronic Information Materials and Devices, National University of Defense Technology, Changsha, Hunan 410073, People's Republic of China 2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha, Hunan 410073, People's Republic of China 3 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Opto-Electronics, Shanxi University, Taiyuan 030006, People's Republic of China 4 Collaborative Innovation Center of Extreme Optics, Shanxi University, Taiyuan 030006, People's Republic of China 5 State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices, Institute of Laser Spectroscopy, Shanxi University, Taiyuan 030006, People's Republic of China 6 Institute for新加坡新加坡国立大学功能智能材料,新加坡117544,新加坡材料科学与工程系,新加坡国立大学,新加坡117575,新加坡
摘要:小型聚光太阳能发电厂目前尚未普及,因为其平准化电力成本 (LCoE) 过高,而容量 >100 MW 的 CSP 发电厂的 LCoE 低于 20 cEUR/kWh。在 CSP 发电厂内集成固态转换器可以提高整个技术的可扩展性和经济竞争力,尤其是在较小规模下,因为固态转换器的转换效率与尺寸的相关性较弱。本文提出了一种带有高温热电子能量转换器 (TEC) 的系统,以及设计为即使提供高浓度比也很便宜的光学聚光器,以提高 CSP 发电厂的成本效益,从而实现经济可持续性和市场竞争力。这是可能的,因为 TEC 可以充当转换顶循环,直接产生电能,通过应用实际条件估计可能的转换效率为 24.8%,并为二次热阶段提供有用的热流。根据光学聚光器和 TEC 开发既定的技术规范,并根据合理的经济假设,估计总工厂转换效率为 35.5%,LCoE 为 6.9 cEUR/kW,并考虑到 1 MW 输入太阳能系统配备 8 小时储能罐的可能性。与其他可用的小容量可再生能源技术相比,计算得出的预测值极具竞争力,并为加速部署技术努力以展示所提出的解决方案开辟了道路。
推导了采用负电子亲和力 NEA 金刚石发射极电极的真空热电子能量转换装置 TEC 的空间电荷限制输出电流模式的理论。该理论通过假设电子表现为无碰撞气体并自洽地求解 Vlaslov 方程和泊松方程而发展。讨论了该理论的特殊情况。执行计算以在各种条件下模拟具有氮掺杂金刚石发射极材料的 TEC。结果表明,NEA 材料在输出功率和效率方面优于类似的正电子亲和力材料,因为 NEA 降低了发射极的静电边界条件,从而减轻了负空间电荷效应。© 2009 美国真空学会。DOI:10.1116/1.3125282
建议引用推荐引用XU,xiaohui;杜塔(Aveek); Khurgin,雅各布;魏,亚历山大; Shalaev,Vladimir M。;和Boltasseva,Alexandra,“ TIN @ Tio2 Core-Shell纳米颗粒作为等离子体增强的光敏剂:热电子注入的作用”(2020年)。化学系出版社。论文23。https://docs.lib.purdue.edu/chempubs/23
光电探测、光化学、活性超材料和超表面等应用需要从根本上理解金属纳米系统中的超快非热和热电子过程。低损耗单晶金的合成和研究最近取得了重大进展,为其在超薄纳米光子结构中的应用开辟了机会。在这里,我们揭示了单晶和多晶超薄(厚度低至 10 纳米)金膜之间热电子热化动力学的根本差异。弱激发和强激发状态的比较展示了中观金中热化和非热化电子动力学之间违反直觉的独特相互作用,以及 X 点带间跃迁对带内电子弛豫的重要影响。我们还通过实验证明了热电子转移到基底中以及基底热性质对超薄膜中电子-电子和电子-声子散射的影响。测量到单晶金向 TiO 2 的热电子注入效率接近 9%,接近理论极限。这些实验和建模结果揭示了结晶度和界面对众多应用中重要的微观电子过程的重要作用。
热电转换系统作为空间核电源系统的关键之一,对空间核电源的开发与应用具有重要意义。热离子热电转换系统是一种极具发展潜力的热电转换技术,其设备简单、结构紧凑,但其转换效率受到热离子能量转换器固有特性的限制,为了提高热离子能量转换器的转换效率,将热离子能量转换器与热电发电机耦合起来。本文以热电子-热电发电机为研究对象,利用现有公式对热电子-热电发电机模型进行热力学分析与计算,并在此基础上选取合适的参数,优化系统性能。
图1:无等值的电子孔重组(左)和CW泵送(右)下的非平衡电子分配。在两个面板中,费米水平都用水平,黑色虚线在能量µ f处描绘。右图:通过从泵浦光束吸收频率ωL的光子通过吸收光子,将低能电子升级为在费米水平上。这些热电子及其相应的热孔的积累受到平衡的松弛限制,这主要是由于电子电子相互作用。在固定方案中,激发与松弛之间的竞争产生了稳定的热电子和孔(红线),各自的职业概率k n和1 -k n。左图:两个电子孔(E-H)重组事件的方案,一个高于费米水平的一个,一个是通过电子的非平衡分布来实现的。相应的状态职业概率由蓝色虚线表示。请注意,k n〜0的夸张值。2已用于简化说明,当逼真的值为k n〜 i l /(10 11 w.cm -2)时,样品处的泵浦强度。请参阅非平衡分布的分析形式的方法和k n的解释。