La caratterizzazione dell'emissione termoionica di un materiale avviene misurando la corrente emessa in funzione della temperatura (fino a 1800 °C) alla quale il materiale viene tenuto. Le misurazioni consentono di estrapolare la funzione lavoro e la costante di Richardson del materiale, che sono sufficienti a rappresentare completamente la sua capacità di emissione termoionica.
Tipicamente sono eseguite caratteristiche corrente-tensione in condizioni di ultra-alto-vuoto per ottenere un’analisi completa delle prestazioni di un dispositivo/materiale sotto test. Inoltre è possibile realizzare misure combinate per lo studio di comportamenti più complessi, applicando riscaldamento, radiazione elettromagnetica e forti campi elettrici contemporaneamente: tali misure sono utili per la valutazione di effetti ibridi (per es. emissione termoionica assistita da foto-emissione, conversione termoionica-fotovoltaica, ecc.).
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