Исследование физических свойств и разработка методов создания термоэлектрических преобразователей на основе градиентной эмиссии.

В ходе выполнения работы разработана физико-математическая модель градиентного эмиттера (ГрЭм), учитывающая градиенты температуры, потенциала, геометрического фактора. В результате расчетов установлено:
- геометрический фактор (усиление электрического поля вследствие различий кривизны поверхности электродов) не играет заметной роли в исследуемом диапазоне межэлектродных расстояний (5-10 A);
- существенное влияние оказывает на эмиссию толщина межэлектродного барьера; в частности, увеличение указанной толщины с 5 A до 10 A при комнатной температуре электродов из золота и разности потенциалов в 1 В снижает результирующий ток эмиссии с 4,3•107 А/см2 до 14 А/см2 (т.е. почти на 7 порядков). Вместе с тем энергетическая высота барьера оказывает существенно меньшее влияние;
- температурная разность между электродами может генерировать направленный поток заряженных частиц. Так, при температурах электродов 300 К и 340 К и толщине зазора 5 A результирующий эмиссионный ток составляет более 1,5 кА/см2. В то же время увеличение толщины барьера до 10 A при сохранении остальных условий снижает ток до 3•10-4 А/см2.
Последние данные позволяют рассчитывать на практическую реализуемость данного эффекта.
Современная техника использует такие устройства как солнечные элементы (фотопреобразователи), термопреобразователи (на эффектах Пельтье, Томсона, Зеебека) и т.д. В их среде исследуемые градиентные эмиттеры могут занять свою нишу, например, в качестве источников тока. В случае разработки материалов с низкой теплопроводностью эффективность ГрЭм может оказаться сопоставимой с КПД фотопреобразователей. Таким образом, для создания эффективных градиентных эмиттеров необходимо развитие нанотехнологических разработок по двум направлениям:
- создание материалов с низкой теплопроводностью, например за счет наноструктур с сильным фононным рассеянием;
- создание профилированных катодов, например с высокой острийностью.
Эти направления представляют самостоятельный научно-практический интерес и не рассматриваются в данной работе.