能源问题一直是全球关注的焦点,当前的能源转换主要基于热力循环的原理,转换效率十分有限。热电子发射能量转换技术是一种将热能直接转换成电能的能量转换方式,它在余热回收利用,太阳能核能高效利用以及航空领域有着巨大的发展潜能。热电子发射能量转换依靠发射极受热发射电子和接收极对发射极的正接触电位差而输出电流,可以实现低压下大电流直流输出。该能量转换装置结构简单,工作安全可靠,理想情况下的能量转换效率也比较高。但就实际热电子发射能量转换装置而言,其转换效率受到了很大的限制,最主要限制因素是热阴极材料。在一定温度下,想要保证较高效率就需要提高阴极的发射能力,这一点可以通过开发低功函数的发射极材料实现。功函数是评价热阴极发射性能的一个重要参数,而对拥有低功函数性能的热阴极材料的研究也成为了当下研究的热点内容。本研究基于这种研究思路,寻求适合用于作为热阴极的低功函数材料。本文对各类型热阴极的发射机理、使用场合等问题进行了整理和对比,其中氧化物阴极以较低的工作温度和较高的发射效率成为了重点关注对象。氧化物阴极的发射机理比较复杂,尚未有成熟的发射理论模型,目前应用最广泛的是半导体模型。复合氧化物七铝酸十二钙（C12A7）是一种新型陶瓷材料,它的电子型衍生物因其可控的导电性和较低的功函数值,以及常温下稳定的化学性质而备受青睐。本文从C12A7晶体结构出发,详细的分析了其电特性和发射性能,并认为它具备了热阴极材料的潜能。通过评判不同制备方式得到的C12A7电子化合物（C12A7:e-）的性能,本研究采用高温固相一次合成法来制备多晶体C12A7电子化合物。在1600℃氮气气氛下,将化学计量比（12:7）的碳酸钙和氧化铝混合粉体在高纯石墨坩埚中高温退火。由于坩埚在炉子中的放置位置不同,得到两类性能不同的样品。利用XRD（X-ray diffraction technology）技术检测烧结两类晶体样品认为均含有C12A7相。通过上述手段制备的C12A7电子化合物表现出非常明显的不均匀性,这一点可以从晶体局部放大图中可以清晰的观察到。为了进一步探究这种不均匀性对于C12A7电子化合物晶体的电特性和发射性能的影响,对样品进行进一步的物性检测是非常有必要的。XRD检测与电特性测试结果有着很好的一致性。两类样品内部成分一致,均为含有少量C掺杂的C12A7电子化合物。由于不同程度的电子化表现出不同的导电性,因此本研究采用电导率结果来推测电子浓度的大致范围。四探针电阻仪测量结果显示导电性能较差,表现为半导体特性,推测其电子浓度约为1×1018cm-3。第一类样品的银色表层主要成分为C,这说明在制备过程中表层的C覆盖影响了内部的电子取代,还原反应进行的不彻底。第二类样品表层为结构比较复杂的C12A7电子化合物,针对这种复杂情况,本文采用开尔文探针技术测量其表面功函数的分布情况。通过对功函数测试结果分析,在样品采集到了非常小的功函数值,仅有1e V左右,这个值对于热阴极来说是非常有优势的。并且这种不均匀性是十分有价值的,因为具有良好发射性能的原子薄膜阴极和氧化物阴极表面也存在着这样的不均匀性。