碳纳米管阴极电离真空计研制及其性能研究

碳纳米管阴极电离真空计在超高/极高真空测量中具有广阔应用前景,基于碳纳米管阴极研制了测量范围10-9~10-4Pa的电离真空计,真空规管包括了碳纳米管阴极、门极、阳极、反射极和收集极,电路控制系统由高压电源、微弱离子流测量和控制电路组成。实验研究结果表明,不锈钢衬底上直接生长制备的碳纳米管阴极性能良好,开启场强和阈值场强分别为1.9 V/μm和3.9 V/μm,当阳极电流为42μA时,碳纳米管阴极电离真空计本底干扰可降低到1.81×10-9Pa。     

碳纳米管阴极电离规结构的模拟优化设计

为了提升碳纳米管(CNT)阴极电离规的综合性能和实用性,本文利用离子光学模拟软件SIMION3D8.0和CAD建模软件构建了CNT阴极电离规的物理模型,且通过模拟计算得到不同电极结构参数对CNT阴极电离规各种性能的影响规律。研究结果表明,不同的阴极基座直径、门极尺寸产生不同的电子运动轨迹;电子运动路径随着外屏与阳极栅网之间距离的增大先增大后减小;电子逃逸率随着门极和阳极顶部间距的减小而逐渐增大;聚焦孔直径对正离子的收集影响显著,且气相离子/电子激励脱附离子收集比率在收集孔直径约为2 mm时达到最大。故选用合适的电极结构参数能有效地提高CNT阴极电离规的总体性能,延伸其真空测量下限。     

基于碳纳米管长线场发射的真空测量

利用碳纳米管的场发射性质,研制了一种新型的真空测量装置。该装置采用了电离规的测量原理,它由碳纳米管阴极、阳极和收集极组成,通过测量离子流与电子流的比值来指示真空度。其中的碳纳米管阴极由碳纳米管长线制成,由于碳纳米管长线的宏观尺度,这种阴极可以高效地制备。在动态真空系统中测试了该装置的计量特性,结果在10-4～10-1 Pa的范围内有良好的线性特征。由于该装置采用了场发射阴极,它的功耗只有约5.5 mW。另外,相比于传统的热发射阴极,该装置没有明显的吸放气效应。这些特点使得它在密封真空器件,如场发射显示器,内部的真空测量中有广泛的应用前景。     

场发射冷阴极电离规的研究进展

碳纳米管冷阴极具有优异的场致电子发射特性,在电子源应用方面具有很好的前景,被认为是很有希望取代热阴极的材料之一。本文回顾了20多年来场发射冷阴极电离规的发展。内容包括微尖型场发射阴极电离规和碳纳米管场发射阴极电离规的发展,从中可以看出场发射电离规的现状和发展趋势。最后对碳纳米管超高/极高真空电离规的发展进行了展望。     

能量分析器型真空电离规性能研究

电子激励脱附(ESD)效应和软X射线效应是影响电离真空计测量下限的两大重要因素.基于能量分析器研制了电离真空规,在极高真空校准装置上对其开展性能研究,包括不同压力或不同阴极发射电流下的离子流、ESD效应和软X射线影响.结果 表明,系统压力介于10-8Pa和10-6 Pa之间,当气体发生电离,能量分析器电压在低于阳极电压...     

超高/极高真空测量发展综述

本文回顾了近50多年来在超高/极高真空测量方面所取得的重要进展.内容包括热阴极电离规和冷阴极电离规的研究进展、新型室温电子源(如Spindt阴极和碳纳米管场发射阴极)和真空的激光电离测量技术在超高/极高真空测量中的应用、小型化超高/极高真空电离规的发展以及我国在超高/极高真空测量方面的研究进展等,从中可对超高/极高真空测量的发展历史和现状有一个完整的了解.     

场发射X射线管电子光学系统的设计和研究

设计了一种基于场发射阵列阴极的X射线管结构。制备了金属尖锥阵列场发射阴极,结果表明该阴极具有良好的电子发射能力和稳定性,在阳极电压为3400 V的条件下,发射电流达1.46 mA,电流密度达516.4 mA/cm~2,适合应用于X射线管中。利用CST粒子工作室仿真软件对X射线管的电子光学系统进行计算,得到了可行的结构方案,结构由阵列阴极、聚焦极和阳极组成,阴极与聚焦极等电位,该结构中阴极面积为10 mm×2 mm,总发射电流约为10 mA,满足X射线管的发射要求。阳极电子束斑大小为1 mm×1 mm,可得到有效焦点大小为0.58 mm×1 mm的X射线。研究为进一步制造高分辨率的场发射X射线管打下了基础。     

基于CVD直接生长法的碳纳米管场发射阴极

碳纳米管(CNT)场发射阴极具有启动快、分辨率高、寿命长、功耗小等优点,在多种真空电子设备与器件上,包括平板显示器、真空测量、微波管、X射线管等得到了应用。本文讨论了碳纳米管阴极的主要制备方法以及存在的问题,介绍了基于化学气相沉积法和阳极化工艺、在含催化金属基底直接制备碳纳米管冷阴极所具有强附着力特点,以及应用在X射线管等强流真空电子器件上的优势。文章介绍了在不锈钢基底直接生长CNT阴极的场发射性能,其开启电场为1.46 V/μm。与常规催化金属镀膜层上生长的CNT阴极相比,大电流发射与稳定性显著提高。金属基底阳极化工艺显著改善碳纳米管结构与场发射性能。直径2 cm的不锈钢基底上生长的CNT具有晶体性好、分布均匀等特点,场发射性能提高。在镍基底上生长的CNT阴极电流密度可以达到500 mA/cm~2以上。     

碳纳米管复合材料场发射性能研究现状

碳纳米管具有管径小、长径比高的结构以及物理化学性能稳定等优良特性,被认为是真空冷阴极场发射电子源和场发射平板显示理想的阴极材料。加之碳纳米管兼具有机械强度高、韧性好等出众的力学性能,使其成为复合材料的理想添加相,将其与其他材料复合,可以制备出具有更加出众性能的复合材料。近年来有关碳纳米管及其复合材料场发射研究已成为一个备受关注的热点。概述了阴极场发射理论以及与碳纳米管场发射相关的几种场发射物理机制,介绍了碳纳米管复合场发射阴极的研究现状及制备方法,最后对碳纳米管复合阴极场发射的发展前景进行了展望。     

基于电路模拟的热阴极电离真空计电参数校准装置及方法

传统热阴极电离真空计的电参数校准中,必须将热阴极电离真空规与热阴极电离真空计连接并为其提供高真空环境,且校准周期普遍较长。针对该问题,提出一种等效模拟热阴极电离真空规的方法,研制了新型热阴极电离真空计电参数校准装置。该装置可单独对热阴极电离真空计的阴极电压、栅极电压、发射电流等电参数进行自动化校准,适用于无配套热阴极电离真空规情况下的校准和现场校准。解决了传统热阴极电离真空计电参数校准装置存在的问题,并为使用其他热阴极电离源真空仪器的调试提供了新思路。     

前栅极碳纳米管场发射显示板关键结构参数的研究

前栅极碳纳米管场发射显示板是一种常用的场致发射器件。该器件通过栅极与阴极之间形成的电场产生场致发射电子,在阳极高压的作用下,电子从电场中获得能量,轰击荧光粉产生可见光。本文采用模拟计算的方法研究了标准结构场发射区域内的电场分布、阴极表面的发射情况、电子轨迹和着屏束斑。并研究了关键结构参数在公差范围内变化对阴极发射特性和阳极着屏束斑的影响。计算结果显示,阴极发射状况和阳极束斑对结构参数的变化非常敏感,也证明了前栅极结构对工艺要求十分严格。     

电离规的新进展

介绍了传统热阴极电离规和冷阴极电离规的发展历程和研究现状、新型场发射阴极(微尖型阴极和碳纳米管阴极)在电离规中的应用、小型化电离规的发展和国内在超高/极高真空电离规研究方面取得的成果和现状。重点回顾了碳纳米管阴极电离规和小型化电离规在近年来取得的重大成就。由于碳纳米管具有长径比大、曲率半径小、机械特性强、导电性好和优异的场发射特性,使得其作为电离规阴极有望解决传统冷阴极电离规在低压下不能放电的困难和传统热阴极电离规的热出气效应,从而为极高真空测量提供一种解决途径。     

极高真空测量坐标系

极高真空测量指的是低于10~(-9)帕范围内的压力测量。首先介绍了最有希望解决10~(-11)～10~(-13)帕测量难题的电离规的测量下限所受到的四个限制因素.在第二部分综述了极高真空的测量技术.先对迄今为止所研究的极高真空测量技术进行归纳和分类.然后重点介绍了对热阴极电离规的收集极的改进情况.热阴极电离规中.对收集极的研究是进行得最多.也最有成效的一个方面.分析了7种改进方法.最后介绍了阴极和阳极的改进情况.第三部分建立了极高真空测量坐标系.三个坐标轴分别表示离子收集极、阳极技术、阴极技术.每一项具体技术也是对应于坐标轴上的元素.并用数字待号来表示.利用这个坐标系可以对极高真空测量技术有一个全面的总体认识.从而方便地分析各种技术之间的联系.然后对如何应用这个坐标系进行了应用举例.文末列出了有关的参考文献20篇.     

基于多壁碳纳米管场发射与吸附原理的压力传感技术研究

设计了一种基于多壁碳纳米管(MWNT)场发射和气体吸附的压力传感器。通过热化学气相沉积法(CVD)在合金基底上直接制备具有强附着性能的MWNT薄膜,以MWNT薄膜为场发射阴极,利用气体吸附引发的场发射电流增强效应,测量环境压力。在实验室条件下分别测试了N_2和大气成分下的气体压力传感性能,结果显示,MWNT阴极材料在两种气体环境中均存在小电流场发射随真空压力升高而增长的传感效应。基于该效应,设计了一种微型实用型压力传感器。该传感器具有量程宽(1×10~(-7)～1×10~(-3)Pa)、体积小(4 mm×5 mm×9 mm)、功耗低(5×10~(-6)～0.8 W)、无干扰、长寿命等优点。传感器封装在X光管中进行测试的结果表明,封装后X光管内部真空度升高可达2个数量级,且X光管的真空度随放置时间的延长而变差,结果符合理论预期。     

基于碳纳米管电子源的高稳定电离真空计的性能研究（英文）

文章将碳纳米管电子源应用于高稳定电离真空计,通过结构和电参数优化,研制了样机,并开展了样机计量特性的实验研究,研究结果表明,新型电离规在6.87×10^-6 Pa～6.45×10^-5 Pa的压力范围内,灵敏度在0.200 Pa^-1～0.245 Pa^-1的范围内波动,与仿真灵敏度0.250 Pa^-1的偏差最大为20%,灵敏度波动小于5.96%,证明该结构设计合理,有望应用于超高真空校准及精确测量领域。     

15Mn26Al4无磁钢在真空冷规上的应用

一、前言从真空工作范围来讲,以低、中真空比较普及。中真空测量技术在气体放电、等离子体、稀薄气体动力学以及真空冶炼、真空焊接,真空镀膜、空间模拟等方面具有重要的实际意义。目前广泛使用的电离(DL—2)—热偶(DL—3)复合真空计虽已有几十年的历史,但它的缺点却随着低、中真空技术的推广而日益显露。主要是:DL—2电离真空计在5×10~(-4)～1×10~(-3)乇内寿命很短、阴极工作十多小时后,发射能力将急剧下降;而在10~(-2)乇附近的低真空时,往往由于DL—3热偶计的判断失误、导致DL—2电离计进入高压强下工作,使电离计的电极氧化,甚至烧毁灯丝。此外,电离计是玻璃外壳,容易损坏。     

碳纤维复合石墨阴极的制备及电子发射性能EI北大核心

阴极作为强流电子束的起点,对高功率微波源的性能具有重要影响。石墨是高功率源用爆炸发射阴极的常用材料,具有高压重频条件下运行稳定和长寿命的优点。使用具有高长径比、低发射阈值的碳纤维对石墨阴极进行复合,采用场发射及高功率微波测试平台,对比分析纯石墨阴极及碳纤维复合石墨阴极的场发射性能、强流电子发射性能及输出微波特性,结合阴极的微观结构表征,研究碳纤维复合对石墨阴极电子发射性能的影响规律。研究表明:与鳞片石墨阴极相比,40%(质量分数)碳纤维复合石墨阴极的场发射阈值电场由143 kV/cm降低到119 kV/cm,降低了约16.8%,二极管电压为480 kV时输出的微波脉宽与峰值分别提高了13.5%,5.7%。同时考虑到碳纤维在爆炸电子发射过程中结构稳定性的特点,碳纤维的复合也有利于阴极使用寿命的提高。     

碳纤维复合石墨阴极的制备及电子发射性能EI

阴极作为强流电子束的起点,对高功率微波源的性能具有重要影响。石墨是高功率源用爆炸发射阴极的常用材料,具有高压重频条件下运行稳定和长寿命的优点。使用具有高长径比、低发射阈值的碳纤维对石墨阴极进行复合,采用场发射及高功率微波测试平台,对比分析纯石墨阴极及碳纤维复合石墨阴极的场发射性能、强流电子发射性能及输出微波特性,结合阴极的微观结构表征,研究碳纤维复合对石墨阴极电子发射性能的影响规律。研究表明:与鳞片石墨阴极相比,40%(质量分数)碳纤维复合石墨阴极的场发射阈值电场由143 kV/cm降低到119 kV/cm,降低了约16.8%,二极管电压为480 kV时输出的微波脉宽与峰值分别提高了13.5%,5.7%。同时考虑到碳纤维在爆炸电子发射过程中结构稳定性的特点,碳纤维的复合也有利于阴极使用寿命的提高。     

圆筒型三极式碳纳米管阴极电离规计量学特性研究

利用丝网印刷法制备了一种碳纳米管场发射阴极,并将其用作圆筒型三极式电离规的电子源,研究了该电离规在空气氛围中的计量学特性。研究表明,在10^-7～10^-4Pa的压力范围内电离规离子电流和实验气体压力呈良好线性特征,测量下限比传统圆筒型三极式热阴极电离规低2个数量级;该规的功耗仅8.5 mW,灵敏度约0.047 Pa^-1,极低的功耗使其在空间探测中具有潜在应用价值。     

碳纤维复合石墨阴极的制备及电子发射性能

阴极作为强流电子束的起点，对高功率微波源的性能具有重要影响。石墨是高功率源用爆炸发射阴极的常用材料，具有高压重频条件下运行稳定和长寿命的优点。使用具有高长径比、低发射阈值的碳纤维对石墨阴极进行复合，采用场发射及高功率微波测试平台，对比分析纯石墨阴极及碳纤维复合石墨阴极的场发射性能、强流电子发射性能及输出微波特性，结合阴极的微观结构表征，研究碳纤维复合对石墨阴极电子发射性能的影响规律。研究表明：与鳞片石墨阴极相比，40%(质量分数)碳纤维复合石墨阴极的场发射阈值电场由143 kV/cm降低到119 kV/cm,降低了约16.8%,二极管电压为480 kV时输出的微波脉宽与峰值分别提高了13.5%,5.7%。同时考虑到碳纤维在爆炸电子发射过程中结构稳定性的特点，碳纤维的复合也有利于阴极使用寿命的提高。