热电子发射能量转换器是一种将热能直接转换成电能的电真空器件,是基于高温下电子会从发射极表面蒸发的热电子发射现象发展而来的。它依靠发射极的热电子发射以及收集极对发射极的正接触电位差输出电流。这样的器件可以将加热发射极的能量变成低压大电流的直流电输出。一个简单的热电子发射能量转换器的结构仅需要包括一个发射极和一个收集极。当具有较高功函数的发射极被加热,电子就从金属表面发射,并被收集极即阳极捕获,此时负载连接发射极和收集极就可以产生电流。理想热电子发射能量转换效率受到以下三个过程影响:对于热电子发射能量转换器的研究一般是从两个方向展开,一是提高发射极的温度,二是在保证效率的情况下,降低发射极工作温度,以扩展热电子的应用范围。为了在较低温度下获得较高效率,可以通过寻找低逸出功的发射极材料,减少两电极间距和引入正铯离子以中和空间电荷效应。从传热角度分析热电子发射能量转换器输出特性,分析导热、对流换热、辐射换热等对热电子发射能量转换器输出特性的影响。建立两种不同的热电子发射能量转换器模型,对热电子发射能量转换器做出改进。通过数值模拟,研究分析影响发射极温度和热电子发射能量转换器输出特性的因素。结果表明,接收极直径和保温材料导热系数越小,加热功率越大,反光膜反光率越大,发射极温度、输出电流密度和效率越高;在各部分传热过程中影响发射极温度和效率的主要因素是固体间的导热。总的来说,充足的光照,合理的接收极尺寸和做好保温措施可以有效改善热电子发射能量转换器的输出特性。对于TEC而言,发射极温度对其输出功率和效率有重要影响,针对发射极加热建立真空辐射绝热系统进行实验研究。实验装置主要分为三个部分,激光加热器和吸热装置和测温部分。实验通过改变激光器输出功率和真空绝热装置的真空度探究不同因素对发射极温度的影响。结果表明,加热功率越大,发射极温度越高,但随着加热功率的不断增大,其对发射极温度的升高影响越来越小;在中真空度下,真空度越高,发射极温度越高,因为通过气体导热散失的能量减少,但影响并不明显。以氧化物阴极和六硼化镧薄膜为两极,建立热电转化实验系统,通过改变输入功率和外加电压,探究系统特性。实验证明,随着加热功率增大,热电转化系统输出电流及转化效率也增大,且趋势越来越明显;在一定范围内,改变外加电压会影响系统的输出电流和效率,但存在临界值。