- 选题背景和意义：
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。纵观人类社会发展的历史，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的改进与更替。能源的开发利用极大程度 地促进了世界经济和人类社会的发展。
进入21世纪后，人类即将面临严重的能源不足考验。随着人类社会科学技术的飞速发展，对于各类能源的需求也逐年增加，而一次能源的储量却在逐年减少。据估计，按照目前全球的能源消耗率，地球上的煤还够使用200年，石油只够用40年，天然气够用60年，全球即将面临严重的能源危机。
在中国，政府和电力行业正面临着严峻的挑战。自改革开放以来，中国经济飞速增长，随之而来，能源消耗也在飞速增加。虽然我们人均能源消耗低于一般的发达国家，但是由于中国人口基数太大，因此总能耗非常高。近些年来，低碳环保的理念逐渐深入人心，这就要求我们在大力发展电力行业时保证能源供应的同时保证生态和谐。
当前，一场如火如茶的能源生产和消费革命正席卷中华大地，我国能源行业站在了历史转折点上。从煤、石油、天然气的开发到现在太阳能、风能等新能源的利用，不仅促进了我国经济的发展，也使动力机械技术及环境得到了很大的提高与改善。
近几十年来，等离子体技术取得巨大成就。等离子体在工业、商业和家庭环境以及空间和聚变研究中起着越来越重要的作用。尽管有广泛的应用，等离子的理论方面并不全面完善。等离子体最简单的形式包括两种基本粒子:电子和离子。由于等离子体含有许多载流子，因此它能够导电。和气体一样，等离子体的形状和体积并非固定，而是会根据容器而改变。
等离子体是宇宙重子物质最常见的形态，其中大部分存在于稀薄的星系际空间和恒星之中。
虽然很多学者对于等离子体的能量转换规律进行了探索,但是针对低温等离子体的内部热-电转换机理研究尚不完善。为了进一步探索实现低温等离子体在能量转换中应用，对该热-电转换机理有必要更加深入探索。
- 课题关键问题及难点：
- 搭建真空系统时，系统的真空度如何选取，不同的真空度传热效果也会不同；
- 搭建真空系统时，为了保持某一真空度，真空系统各部位该如何选材，各部件的连接方式该如何选定；
- 发射极的选材，根据材料选取被加热的温度；
- 对发射极的加热采用何种方式，选用何种加热装置；
- 一个传热过程可能会包含导热、对流、辐射传热，并且考虑到可能会采取保温措施，传热量该如何计算；
- 根据实验装置如何计算发电量；
- 以何种方式改变热电转换工况，对于不同工况测得的实验数据如何处理，以何种方式分析，分析过程中应该考虑哪些物理量；
- 思考实验是否有改进的空间。
- 文献综述（或调研报告）：
热电子发射能量转换器是一种热电转换设备。它以热能为能源直接发电，工作流体是电子流。作为一种有效的能够直接进行能量转换的装置，热电子发射能量转换器拥有巨大潜力。
上世纪五十年代，热电子发射能量发电的基本理论被提出。一个热电子发射能量转换器的结构主要包括: 两个电极，电负荷，连接线路。两个电极一个是发射极，它被加热到足够高的温度，产生高能电子；另一个是接收极，用来接收发射极所发射的电子，两个电极彼此间有细微的间隙分离，可由真空，蒸气或等离子体填充。在某种程度上，热电子发射能量转换器可以被看作是一个热机，从原理上说，它接收由发射极产生的热量，由接收极喷射出来。热量的某些部分被转化为功，在负载中以电的形式表现出来，并且部分热量被散热器移除。
二十世纪七八十年代热电子发射能量发电的基本理论逐渐被实践运用。在初期热电子发射能量转换器阴极材料以钨材料为主，其后逐渐研究发展硼化镧系列材料。1980年美国热电子公司提出了一种工艺，具体是先将钨氧化，然后将单晶钨加热至1250K，该材料在达到509K时测试其逸出功为1.11电子伏。但是制作工艺复杂，并且随温度上升，逸出功还会升高。此后的相关研究虽然有所进展，但材料表面的逸出功还是不能满足要求。
到二十世纪九十年代后，随着加工的工艺、纳米技术以及半导体材料学的发展，热电子发射能量转换器所需的低功函数的材料有了进一步发展的可能。2002年，Hishinuma,Y.等人指出，当两极间施加强电场并且将两电极距离减小到约10到100nm时会大大降低热电子在发射极发射过程中所需要克服的势垒高度。BorealisExploration Limited(BOREF)下属的Cool Chips公司自1997 年以来也直致力于纳米间距热电子发射能量转换器的研究，前后申请了近40项专利。
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