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。     

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。     

高功率微波源用阴极材料的研究现状

高功率微波(High power microwave,HPM)技术中最关键的技术是阴极材料技术,阴极材料的性能决定着高功率微波的输出功率.综述了目前所用的阴极材料的研究现状,主要分析对比了几种爆炸发射阴极材料的发射机制以及优缺点:以尖端场增强为发射机制的金属阴极由于熔点低、等离子体闭合速率快等问题,在高功率微波源技术中的应用受到了限制;天鹅绒的发射机制为表面闪烙点火,最大的缺点是阴极寿命短;碳纤维阴极不仅有尖端处的场发射,而且存在侧面的表面闪烙过程,高重复频率及长寿命的碳纤维阴极是目前研究的热点,热电离阴极发射电流密度有待提高;铁电阴极在HPM源中极具发展潜力.     

高功率微波源用电子收集极材料:强流高能电子束轰击下的物理效应及对材料性能的要求

高功率微波源用收集极用于接收束波耦合作用后的强流电子束,是影响高功率微波源稳定性和寿命的关键部件。收集极在强流电子束的轰击下会产生二次电子、背散射电子、韧致辐射等物理效应,将引起微波品质的降低。电子束的能量沉积在收集极上会产生显著的温升效应,从而导致收集极效能下降甚至结构失效,同时材料在强流电子束的轰击下会发生蒸发而污染腔室,降低系统绝缘性。在讨论分析强流电子束轰击材料所产生的物理效应机制及其影响因素的基础上,分析了高功率微波源用收集极材料的性能要求。     

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。     

新型碳纳米管微焦点电子源研究

介绍了一种基于碳纳米管场发射的新型微焦点电子源技术.利用激光烧蚀镍金属表面使内部未氧化的镍金属熔化喷出暴露于基底表面,再通过化学气相沉积制备出直径约为350μm的半球壳型碳纳米管薄膜阴极.场发射测试表明,电子源具有低开启电场(<1V/μm)、高发射电流(可达1A/cm2)和高压强发射稳定等特点.通过复合石墨烯和750℃...     

碳纳米管场发射阴极的制备及其场发射特性

采用电泳法将碳纳米管组装到电化学淀积的银台阵列上作为场发射阴极并研究了它的场发射特性.场发射特性测试结果表明:该阴极具有优异的场发射特性,开启电场为2.8V/μm,在应用电场为5.5V/μm时,发射电流密度达到1.7mA/cm2.具有优异的发射性能的原因可以归结到银台的边缘和银台类山状的表面增强了碳纳米管的场致电子发射.该阴极制备工艺简单、发射特性优异,且容易实现大面积制备,可以应用到大面积场发射显示器件中.     

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。     

氢等离子体处理对类金刚石膜场发射性能的影响

采用大功率、高重复频率、准分子激光溅射热解石墨靶制备了类金刚石膜,研究了直流辉光氢等离子体处理对类金刚石膜的场发射性能的影响。结果表明:氢等离子体处理后,类金刚石膜的场发射性能明显提高,其发射阈值电场由26V/μm下降到19V/μm。氢等离子体刻蚀除去了类金刚石膜生长表面的富含石墨的薄层,露出的新表面具有较低的功函数;膜表面的悬键被氢原子饱和,进一步降低了电子亲和势,改善了膜的场发射性能。     

新型同轴电极结构碳纳米管场发射电离计

本文以碳纳米管(CNT)作为阴极电子源设计一种新型的冷阴极电离真空计结构,结构包括场发射电子源、阳极和离子收集极,阳极和离子收集极为同轴圆环结构。利用热化学气相沉积法在金属基底上直接生长碳纳米管,分别制备了4mm×5mm矩形和直径0.1mm圆形两种阴极发射面。碳纳米管阴极具有优异的场发射性能,开启电场1.70 V/μm。在氮气环境下,分别对不同阴极真空电离计结构的真空测量性能进行了研究,真空计在10-7到10-3Pa区间归一化电流(Ii/Ia)与压强表现出良好的线性关系,矩形和圆形发射面阴极对应的真空计其测量灵敏度分别是3.1×10-2Pa-1和1.3×10-2Pa-1。     

平栅极氧化锌场致发射电子源的制备及性能研究

采用传统的光刻技术制备平栅极场致发射阴极阵列,利用水热法原位合成ZnO发射源,并组装成平栅极ZnO场致发射电子源;利用光学显微镜、SEM和XRD表征其微观结构,分析ZnO发射源的生长机制,并结合场发射测试系统研究其发射特性。结果表明,ZnO发射源是平均直径为300nm的六方纤锌矿氧化锌纳米棒,且沉积在平栅极场致发射阴极阵列的阴极电极表面。场发射测试表明,平栅极ZnO场致发射电子源的发射特性完全由栅极控制。当阳极电压为2000V,器件的开启电压为150V;当栅极电压为275V时,发射电流可达345μA;在栅极电压为260V时,器件的发射电流波动范围为±5.5%左右,发光亮度高达750cd/m~2,表明该器件具有较好的场发射特性。     

石墨烯在场发射器件中的应用与研究现状

场电子发射是一种独特的量子隧穿效应,也是真空微电子学的基础之一。基于场发射技术的冷阴极发射体一直被视为未来理想的电子发射阴极。石墨烯是一种具备单层碳原子结构的新型碳材料,其电子迁移率高、机械强度高、热导率高,具有稳定的物理化学特性,因此受到科研工作者的广泛关注。与此同时石墨烯具有较高的长径比(横向尺寸与厚度的比值),这一结构特性能够获得较大的场增强因子。石墨烯的上述特性使得其成为具有广阔应用前景的场发射阴极。本文主要综述石墨烯场发射理论的研究进展、石墨烯/石墨烯基场发射阴极的研究现状、场发射阴极结构以及场发射阴极的制备方法,并对场发射领域的石墨烯研究进行了展望。     

C基薄膜电子场发射的一般特性及发射模型

介绍了几种碳基材料的场发射特性及其发射模型.金刚石表面具有较低的或负的电子亲和势,因无法实现N型掺杂,难以用作电子发射材料.类金刚石膜及非晶碳膜材料经过"激活"后在表面形成具有较大场增强因子的熔坑,在几～几十V/μm的低阈值电场下得到非本征的电子发射,纳米结构的碳和碳纳米管本身具有较大的场增强因子,是较有前途的平面阴极场发射材料.碳基材料的导电性不同,遵循的发射模型不同.     

单晶LaB_6尖锥几何结构对场发射性能影响的CST模拟

单晶LaB_6尖锥有望成为理想的场致电子发射阴极,采用三维粒子模拟软件Computer Simulation Technology(CST)对尖锥曲率半径在0.1~10μm范围内的系列单晶LaB_6尖锥阴极的场致发射特性进行了模拟。研究结果表明,单晶LaB_6尖锥的电子发射轨迹为倒立锥形,锥尖处电位线最密集且场强最大,且随锥尖曲率半径的减小,锥尖处场强增大,发射电流增大。当LaB_6尖锥的锥角40°,锥高Ht=2 mm,锥尖曲率半径Rt=0.1μm时,尖锥获得最佳场发射性能:电场强度E=7.22×107V/cm,发射电流I=25.5μA。为具有优良场发射性能的单晶LaB_6尖锥场发射阴极的几何结构设计和加工提供了理论指导。     

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。     

氮化碳在场发射冷阴极材料中的研究进展EI北大核心CSCD

氮化碳具有优良的热稳定性、高热导率、较大的禁带宽度和负的电子亲和势等优点,是一种极具潜力的场发射阴极材料。本文在介绍氮化碳的结构、性能以及作为场发射材料的研究现状的基础上,着重评述了氮化碳薄膜和粉体的制备方法;从优化结构中的sp^(2)簇的数量及尺寸、调控表面形貌、元素掺杂,以及通过与其他场发射材料复合或表面修饰形成多级发射结构等方面,阐述了优化氮化碳场发射性能的方法。最后总结了氮化碳薄膜和粉体分别作为场发射阴极材料仍然存在的问题,并以此指出将来开展相关研究的重点在于继续优化其场发射性能,以及探索其内部结构、缺陷等对场发射性能的影响。     

基于氧化锌纳米线表面传导场发射阴极的研究

利用热蒸发和丝网印刷技术在玻璃基底上成功制备了氧化锌纳米线表面传导场发射阴极阵列,并测试其场发射性能。扫描电镜表明,在氩气和氧气流量分别为60和1mL/min,反应温度550℃保温30min条件下制备的氧化锌纳米线均匀垂直生长在玻璃基底上,直径大约在80～200nm,长度〉7μm。场发射测试表明,在阳压2000V和阴阳间距为500μm时,ZnO纳米线表面传导场发射阴极的开启电压为70V;在栅压为96V时,电子发射效率为26.2%,高于传统报道的表面传导电子发射器件,在经过80min的老练后发射接近稳定,平均发射电流接近135μA,表明ZnO纳米线表面传导场发射阴极有着稳定高效的场发射性能。     

石墨烯/聚酰亚胺复合石墨纤维的结构与性能

采用干湿法纺丝工艺制备氧化石墨烯/聚酰亚胺复合纤维,然后将复合纤维进行炭化和石墨化处理得到石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维及石墨纤维。对复合碳纤维进行热重分析、Raman、力学性能、传导性能、形貌等测试分析。结果表明,氧化石墨烯添加量为0.3%(质量分数,下同)的复合纤维的耐热性能最佳;氧化石墨烯的加入,使石墨烯/聚酰亚胺复合碳纤维的力学性能和传导性能明显提高,石墨化程度增加。当复合碳纤维2800℃石墨化后,氧化石墨烯含量增加到2.0%时,复合石墨纤维的热导率达到435.57 W·m-1·K-1,结构更加致密。     

氧化锌低维结构材料场发射性能研究进展

ZnO具有负的电子亲和势、丰富的结构和形貌可设计性以及良好的机械和化学稳定性等优点,是一种最有前途的阴极电子发射材料.结合作者实验室的工作,综述了近年来迅速发展的ZnO低维结构的场发射特性以及制备方法、形貌结构、排列及密度、表面吸附、掺杂和热处理等因素对其场发射性能的影响,介绍了四针状氧化锌晶须(T-ZnOw)作为场发射阴极材料的优势.     

用于微波真空电子器件的光电阴极

为了满足高频率、小型化真空微波器件的需求,寻找合适的阴极材料和激光系统,开展了用于微波真空电子器件的光阴极研究,提出了一体化的光电阴极制备方法,通过加热具有扩散阻挡层的发射物质存储室,提供受控的光电发射层,以代替活性物质蒸发损失,从而延长阴极的使用寿命,并可以从中毒、暴露大气过程中恢复。在超高真空系统内制备了Cs3Sb光电阴极,利用连续激光器测得其量子效率为0.145%(0.53μm),在能量为0.37W的连续激光照射下,测得发射电流密度达29.2m A/cm2。光电阴极在高强度的激光作用下被损坏后,重新加热激活,光电发射可以得到一定的恢复并长时间稳定,说明这种光电阴极具有可重复激活的特点,有望成为微波真空电子器件的理想电子源。