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。     

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。     

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.     

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。     

真空测量技术及航天应用

简述常用工作用真空计、单片机在真空计中的应用、真空测量在航天应用、真空测量标准以及碳纳米管阴极在电离规中的应用.     

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。     

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。     

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。     

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。     

电离真空规所在位置对测量结果的影响

利用蒙特卡洛方法对电离真空规所在不同位置所测得的系统真空度进行数值模拟。建立了真空容器、规管安装位置以及真空泵入口的几何模型,考虑了系统材料放气,计算了电离真空规安装在系统不同位置所测得的真空度,计算了电离真空规探头与连接法兰管道口之间距离对测量结果的影响。研究结果表明:相比于电离规安装位置,电离规探头与法兰管道口之间距离H对电离真空规的测量结果影响更为明显。本文为电离真空规法兰短管长度设计以及真空系统实际真空度的预判提供理论依据。     

热阴极与冷阴极电离规计量学特性比较研究

介绍了3个热阴极电离规和2个反磁控型冷阴极电离规的计量学特性实验研究结果。实验设备是一台高真空基础标准,实验范围为10-7～10-3Pa,实验气体为N2、Ar、He和H2。在连续72h观测中,热阴极电离规在N2、Ar和He中的稳定性优于反磁控规,但在H2中则所有规的稳定性相似。在6个月的重复校准中,所有规在N2、Ar和He中的长期稳定性相似,但在H2中反磁控规的长期稳定性优于热阴极电离规。对于不同的气体,反磁控规的非连续性出现在不同的压力点。在很宽的压力范围内,热阴极电离规的相对灵敏度变化较小,但反磁控规的相对灵敏度随压力变化较大。反磁控规的放电时间随压力、气体和真空系统中电离源的不同而变化。反磁控规的出气率比热阴极电离规小得多,而抽速与一个具有10mA发射电流的热阴极电离规相当。对一些影响实验规计量学特性的原因进行了讨论。     

聚变强磁场下真空测量电离规结构及阴极灯丝优化研究

基于强磁场环境中托卡马克装置偏滤器中性粒子压力快速测量,使用普通热阴极电离计,难以实现托卡马克偏滤器实验运行的原位精确测量.文章针对普通热阴极电离计的结构特点,首先探究了强磁场下,阴极发射电子的运动轨迹受磁场约束对规管灵敏度的影响.应用有限元方法,计算分析了阴极灯丝受电动力以及热应力和电动力耦合作用下发生形变的规律,得到阴极灯丝应力、总变形量和轴向变形量数据以及阴极灯丝的热力性能不受加热电流变化影响的结论.提出可在强磁场下稳定工作的规管结构设计方案,得到阴极灯丝优化结果,为聚变装置强磁场下真空测量快规的优化设计提供参考.     

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.     

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...     

真空技术及应用系列讲座 第十三讲:真空系统的检测技术

限制真空仪器测量下限水平进一步提高的主要因素,主要有如下4个方面。3.4 .1　真空规管的限制1在热阴极电离规管中,除了软X射线产生光电流以及电解吸等影响外,温度很高的热阴极产生了较高的金属蒸汽压,如一般规管的钨阴极在通常工作温度为2 0 0 0 K时,其蒸汽压相当于氮的10 - 1 0 Pa。2冷阴极电离规管在低压力时存在着放电不稳定、非线性、滞后现象以及电清除能力大等影响。3规管电极和管壳内壁的放气和吸气影响。4大气中氦对玻璃管壳的渗透,氢对不锈钢管壳的渗透。5收集极与其它各电极间的漏电。6在热阴极电离规管中,热阴极对收集极和玻…     

碳纳米管/聚四氟乙烯复合材料场发射特性研究

通过催化热解法制备了碳纳米管,采用机械共混法制作了碳纳米管/聚四氟乙烯复合材料场发射阴极,研究了不同碳纳米管质量分数对复合材料阴极场发射特性的影响,通过制作的封装结构,对比研究了真空环境下碳纳米管/聚四氟乙烯与碳纳米管/环氧树脂复合材料的场发射特性,证明碳纳米管/聚四氟乙烯复合材料更适用于场发射阴极的真空环境中,可以满足场发射显示器件的要求.     

碳纳米管场发射阴极制备及其应用研究

碳纳米管(Carbon nanotube, CNT)薄膜可作为场发射阴极材料,具有常温下工作、物理化学性能稳定、响应时间快等一系列优点,在各类电真空器件中具有潜在的应用价值。本文重点综述了兰州空间技术物理研究所近年来开展的碳纳米管阴极制备及其应用研究进展,总结了CVD法直接生长法制备不同微观形貌的碳纳米管薄膜的实验方法,分析了不同碳纳米管阴极的场发射特性,介绍了其在超高真空测量和空间电推进中的应用现状及最新进展。     

极高真空电离规的校准实验研究

介绍了2支反磁控型冷阴极极高真空电离规和1支热阴极极高真空电离规的校准实验研究结果。实验设备是一台极高真空校准装置,实验范围为10^-9～10^-1Pa,实验气体为N2。实验结果表明,尽管2次校准结果的重复性较好,但就单次校准结果来看,每个规的灵敏度（修正因子）的最大值和最小值之间的偏差较大。因此,极高真空电离规要得到准确的测量结果,对其进行精确校准是非常必要的。     

热阴极电离规测量和使用中注意的问题

热阴极电离规测量和使用中注意的问题李正海（兰州物理研究所．兰州７３００００）真空测量中．热阴极电离真空计是使用最广泛的一种，不同类型的电离规配合使用能够测量的压力范围，可以从低真空起到目前所能测量的最低压力。尤其在超高真空和极高真空区域中，热阴极电离...