插拔式单晶LaB6阴极制备与应用

插拔式单晶LaB₆阴极是我国电子束类高端仪器及设备必需的关键元件和发展的主要瓶颈。本文围绕插拔式单晶LaB₆,开展了单晶精密加工、高效加热、机械夹持等制备工艺研究,并对阴极的发射性能、静态寿命等进行了测试,还开展了阴极在多个领域的应用研究。研究结果表明,所制备的阴极在电子发射性能及工作寿命方面均达到与进口阴极相当的水平,可应用于增材制造、扫描电镜、高分辨率CT等领域。     

利用活性浸渍物质提高热阴极电流密度的实验研究和理论模型

通过发展新的活性物质成分系统及其制备方法以提升钪系阴极的电子发射性能,是当今热阴极特别是大电流密度阴极领域的研究重点.该文提出一种由多元金属氧化物构成的新型高活性浸渍物质,显著提升了钪在阴极中的添加比例,大幅提高了阴极的发射电流密度.将冷冻干燥法应用到该活性物质前驱体的制备过程中,有效解决了传统固相合成方法在机械式破碎、研磨和混合等工序中存在的不可控、不均匀等问题.采用了新的成分系统与新的制备方法制得活性物质的阴极,在真空二极管测试和电子枪测试中分别取得了超过500 A/cm2和218.5 A/cm2的脉冲发射电流密度.在二极管直流测试条件下,阴极的寿命测试进行了10500 h后仍未出现发射电流下降的现象;而在电子枪中的大工作比(5％)脉冲测试条件下,阴极在工作了2010 h后仍维持了超过50 A/cm2的较大发射电流密度.借助深紫外—光/热发射电子显微镜(DUV-PEEM/TEEM)分析发现,相较传统的钪系阴极,新制备的大电流密度阴极表面的热电子发射位点数量增加,微区发射面积显著增大.最后,提出一种"二叉树"发射模型,以期阐释钪系阴极采用新活性物质后获得高发射特性的物理机制.     

冷冻干燥法制取扩散阴极含钪活性物质

借助液相合成法中的冷冻干燥法,制备出了高发射扩散阴极所需的含钪多元金属氧化物活性物质,其中Ba与Sc的原子比接近2∶1。应用该活性物质的浸渍阴极,取得了超过500 A/cm;的二极管脉冲发射电流密度和218.5 A/cm;的电子枪脉冲发射电流密度。在二极管直流测试条件(950°C,10 A/cm;)下,阴极的寿命测试进行了10500 h后仍未出现发射电流下降的现象;而在电子枪中的大工作比(5%)脉冲测试条件下,阴极在工作了2010 h后仍维持了超过50 A/cm;的较大发射电流密度。冷冻干燥法有效解决了传统固相合成方法在机械式破碎、研磨和混合等工序中存在的原料混合不可控、成分分布不均匀等问题,能够缩短工艺流程、节约工艺设备,有着良好的生产推广价值。     

利用活性浸渍物质提高热阴极电流密度的实验研究和理论模型

通过发展新的活性物质成分系统及其制备方法以提升钪系阴极的电子发射性能,是当今热阴极特别是大电流密度阴极领域的研究重点。该文提出一种由多元金属氧化物构成的新型高活性浸渍物质,显著提升了钪在阴极中的添加比例,大幅提高了阴极的发射电流密度。将冷冻干燥法应用到该活性物质前驱体的制备过程中,有效解决了传统固相合成方法在机械式破碎、研磨和混合等工序中存在的不可控、不均匀等问题。采用了新的成分系统与新的制备方法制得活性物质的阴极,在真空二极管测试和电子枪测试中分别取得了超过500 A/cm2和218.5 A/cm2的脉冲发射电流密度。在二极管直流测试条件下,阴极的寿命测试进行了10500 h后仍未出现发射电流下降的现象;而在电子枪中的大工作比(5%)脉冲测试条件下,阴极在工作了2010 h后仍维持了超过50 A/cm2的较大发射电流密度。借助深紫外—光/热发射电子显微镜(DUV-PEEM/TEEM)分析发现,相较传统的钪系阴极,新制备的大电流密度阴极表面的热电子发射位点数量增加,微区发射面积显著增大。最后,提出一种“二叉树”发射模型,以期阐释钪系阴极采用新活性物质后获得高发射特性的物理机制。     

激光镀锆/钪钡铝酸盐复合薄膜钪型阴极的研究

钪型阴极具有优异的电子发射潜力,但同时也存在着发射均匀性和重复性差等共性问题。本文提出采用脉冲激光镀膜技术在浸渍钪型阴极表面沉积锆/高活性钪钡铝酸盐复合叠层薄膜,以实现对其性能的改进。实验完成了阴极表面膜层的制备,阴极二极管电子发射性能测试,阴极表面光/热发射电子显微镜观察,以及激活阴极表面成分及其深度方向分布的俄歇电子显微镜分析。研究结果表明,覆膜钪型阴极激活后,其表面Ba、Sc含量提升,获得了约110 ~ 130 nm厚的活性层,阴极展现出良好的发射性能;同时,阴极的表面发射均匀性获得明显提升。