用高溫產生的電子流過程稱為熱離子發射，將熱離子能轉化為電能的器件，稱為熱離子能變流器。它的基本原理是；電子由真空內的陰極發出，後在一冷陽極上沉積。一般用作陰極的材料為金屬和半導體，陰極發射的電子數服從Richardson定率；與陰極的溫度成正比。2015年，新加坡技術和設計大學的梁實軍等人，用單層石墨作陰極。得出陰極發射電子數與其溫度的三次方成比例，讓熱離子能變流器能在比以前低的熱源使用，並提高了變換效率。
基本介紹
- 中文名：熱離子能變流器
- 產品類型：變流器
用高溫度產生的電子流過程稱為熱離子發射；它將熱能轉化為電（能）。熱離子能轉換的基本原理是：電子由真空內的陰極發出，後在一冷的陽極沉積。自1957年經實際證明熱離子能存在後，熱離子能轉化為電能，已在不同熱源套用，但它們都要求約1500k高溫。將熱離子能轉化為電能的器件，稱為熱離子能變流器。
如在較低溫度（700-900k)進行熱離子能轉換，則其效率只有約50%，這是由於陰極發出的電子和其溫度有關。
傳統的陰極材料為金屬和半導體，根據傳統的Richardson定律，陰極發射的電子數與陰極溫度的平方成正比。但最近知道，用單層石墨做發射材料；則變成發射電子數和溫度成立方關係。這表示，如用石墨作陰極，則溫度可降低些。
2015年3月，新加坡技術和設計大學的梁實軍（Shi-jun Liang）和（L.K. Ang） 在套用物理評論（Physical Review Applied）上發表文章，提出一個摸型去研究從單層石墨發射的熱離子電子及開拓它作為熱離子能變流器發射的套用。
他們研究的二點主要發現是：1.熱離子發射的電子對單層石墨材料來說，由於石墨特別的線帶結構，不遵守傳統的Richardson 定律，2.建立了石墨的新的熱離子電子發射定律。
根據新的熱離子電子發射機制，研究者提出以石墨為基的陰極能量變流器找到工業廢熱的再套用，這些廢熱，一般在700—900K之間。
參考文獻：
“A thermionic energy converter using single-layer graphene" www. nanowerk.com/spotlight/spotid=39283.php
