钛基底纳米金刚石场发射阴极的氢处理工艺研究

利用电泳沉积法制备了钛基底纳米金刚石的场发射阴极涂层,热处理后对其进行了氢等离子体工艺处理,然后对样品进行微观表征与场发射特性以及发光效果的测试。研究表明H₊的吸附作用和H₊的刻蚀作用共同影响着金刚石涂层表面的形貌,氢处理作用不足则达不到效果,过强则会导致对金刚石涂层刻蚀过度,导致涂层的场发射性能以及发光效果变差,适当的氢处理有助于提高场发射性能和发光效果,最后探讨了钛基底纳米金刚石涂层氢处理的场发射机理,解释了发光效果差异的成因。     

全碳材料点状场发射阴极制备及其石墨烯填充场发射增强性能研究

目的 设计一种利用常见的铅笔芯和碳纳米管复合的全碳材料点状场发射器件,通过石墨烯填充,增强场发射性能。方法 导电玻璃作为阳极,铅笔芯与碳纳米管复合构成发射子,锡底座固定铅笔芯,并利用导电胶与导电玻璃粘接组成阴极。通过比较纯碳纳米管与不同浓度石墨烯的场发射性能,找到效果最好的填充石墨烯浓度。结合扫描电镜表征结果,对石墨烯填充增强场发射性能的原因进行解释。结果 实现了全碳材料点状场发射器件的制备及场发射性能的优化,发现7%的石墨烯浆料制备的器件场发射性能最好,得到的点状场发射阴极的阈值电场为1.05 V/μm,场发射增强因子高达13509,最大电流0.75 mA。结论 点状场发射器件拥有更好的聚焦性、更低的开启场强以及更大的场发射电流密度,在制作X射线源和微波器件方面具有较高的应用价值。     

电磁场辅助HFCVD制备高场发射性能薄膜

目的提高碳素薄膜的场发射性能。方法在热丝化学气相沉积(HFCVD)技术的基础上,针对不同的甲烷浓度(体积分数,全文同)1%和5%,通过施加外场(电场、磁场以及电磁耦合场)分别调控出不同组织结构的薄膜。采用SEM观察薄膜的表面形貌,用Raman检测薄膜的成分,用场发射测试装置来表征薄膜的场发射性能。结果外场作为革新传统工艺的手段,可以影响HFCVD沉积过程。磁场的主要作用是降低晶粒尺寸,电场能够有效促进sp~3相向sp~2相转变,电磁耦合场在此基础上,还可以有效调控出高长径比的表面形貌。甲烷浓度为1%时,制备了金刚石薄膜,开启电场为11.2 V/μm,加入电场或电磁耦合场后,薄膜表面被刻蚀,发生金刚石向石墨的转变,开启电场降低到6.75 V/μm,场发射性能提高。甲烷浓度为5%时,加入磁场、电场制备的薄膜,开启电场由12.75 V/μm依次下降为11.5、9 V/μm,电磁耦合场的刻蚀作用可以获得尖锥状的形貌,且石墨相含量高,开启电场最低(5.65 V/μm),场发射性能最好。结论采用外场(电场、磁场以及电磁耦合场)辅助HFCVD的方式可以制备出多种薄膜,电磁耦合场在较高甲烷浓度时,不但可以提高石墨相含量,还可以获得高长径比的表面形貌,可有效提高薄膜的场发射性能。     

金属过渡层增强金刚石薄膜场发射性能的机理研究

以金属钛和钨为过渡层,采用PE-HFCVD法在硅基上制备金刚石薄膜,并对薄膜的场发射特性分析研究。结果表明,金属过渡层对金刚石薄膜场发射性能有显著的增强作用。以金属钨为过渡层时,金刚石薄膜的场发射开启场强为5.4 V/μm,比无过渡层降低了44%;场发射电流密度在电场强度为8.9 V/μm时达到1.48 mA/cm₂。通过对薄膜的结构表征知,场发射性能的增强主要与界面处电子运输势垒的降低及薄膜中sp₂ C含量的增加有关,在界面处及金刚石膜内形成良好的导电通道,使电子更容易运输至薄膜表面,从而表现出优异的场发射性能。     

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。     

第二相粒子大小对Mo-La2O3阴极电子发射性能的影响

利用溶胶-凝胶、氢气还原及热压工艺制备了纳米复合Mo-4La2O3（质量分数,%）阴极材料,其显微组织中La2O3粒径小于100 nm,而常规Mo-4La2O3阴极中La2O3粒径为200~300 nm。在真空击穿实验中发现La2O3粒径对于阴极电子发射性能有显著的影响,纳米复合阴极的电子发射能力远高于常规阴极的发射能力,其电子发射点遍布整个阴极表面,而常规阴极电子发射点只是集中在一小块区域。通过建立金属-半导体电子相互作用模型,计算并绘制了Mo及La2O3中电子隧穿几率随La2O3粒径变化的关系曲线,解释了纳米复合阴极电子发射能力强的原因。     

掺Ag含量对金刚石薄膜场发射性能的影响

采用电泳沉积的方法在钛基体上沉积了不同含量Ag纳米颗粒掺杂的金刚石复合薄膜,利用扫描电子显微镜、X射线衍射光谱和拉曼光谱对样品的结构和形貌进行表征,最后进行场发射特性的测试。SEM试验结果表明,制备得到的薄膜连续、致密且纳米颗粒均匀的分布在其中。场发射测试结果显示样品的场发射性能随着复合膜中Ag含量的增加呈现先增强后降低的趋势,在Ag纳米颗粒的掺杂含量为7.5 mg （0.18 g/L）时,复合膜的场发射性能最优。此时,开启电场（E₀）低至1.55 V/μm,在1.96 V/μm的电场强度下可以得到22.69 μA/cm²的场发射电流密度,这表明适量的Ag纳米颗粒掺杂可以显著提升样品场发射性能。同时,文中结合F-N理论进一步讨论了Ag纳米颗粒掺杂含量的变化对金刚石场膜发射性能影响的作用机理。     

碳钛颗粒膜表面电子发射特性

采用磁控溅射技术沉积碳钛颗粒膜,应用图形化工艺制作基于碳钛颗粒膜的表面电子发射原型器件。在幅值渐增的三角波电压作用下,器件在电压幅值低于17V时,伏安特性呈明显的线性特性,对应的薄膜表面没有变化;进一步升高器件电压幅值,伏安特性呈明显的负阻特性,同时可以观测到表面电子发射,表面电子发射最大达到7.2μA,发射效率达到了0.094 3%,薄膜表面失色,产生明显的孔洞结构。根据F-N理论拟合器件电压和发射电流,所得Ie-Vf特性曲线呈直线,表明发射电子源于场致电子发射。     

基于场致发射和量子隧道效应的镍粉填充压敏复合材料

通过测试不同种类、不同掺量镍粉复合水泥基材料的电阻率和受力时的电阻率变化规律,并结合镍粉颗粒状态和表面形貌的扫描电镜观察,探讨了镍粉水泥基复合材料的导电机理和压敏性产生机理。研究结果表明:刺球状镍粉掺量(体积分数)为15%、20%和25%的水泥基复合材料的导电性和压敏性依次提高;链状镍粉复合水泥基材料的导电性优于球状镍粉水泥基复合材料;刺球状镍粉复合水泥基材料的导电性优于表面光滑的球状镍粉水泥基复合材料。由此可见,镍粉水泥基复合材料的导电性和压敏性与镍粉的颗粒状态、表面形貌和掺量密切相关,刺球状镍粉水泥基复合材料具有良好导电性和压敏性是由场致发射效应和量子隧道效应所致。     

ZnO纳米棒的制备及光催化性能研究

采用水热法制备ZnO纳米棒。利用X射线粉末衍射(XRD)仪和透射电镜(TEM)对其结构和形貌分别进行表征,并通过紫外-可见分光光度计分析ZnO纳米棒光降解甲基紫来研究其光催化活性。结果表明,以氢氧化钠和醋酸锌为原料,聚丙烯酰胺为表面活性剂制备得到直径约26nm,长度达400nm的单晶纤锌矿结构的ZnO纳米棒。添加ZnO纳米棒光催化剂时的光降解率为70%,未加ZnO纳米棒的光降解率为30%,表明ZnO纳米棒具有很好的光催化活性。     

FU105大功率广播发射管用碳化镧钼阴极研究

研究了FU105大功率广播发射管用碳化镧钼阴极，参照碳化钍钨阴极FU105管的制备工艺，实现了镧钼阴极的碳化以及镧钼阴极FU105管的排气和老炼。通过镧铝阴极FU105管的性能测试，对碳化镧钼阴极的发射能力和稳定性进行了分析。结果认为：FU105管碳化镧钼阴极的发射能力可以达到碳化钍钨阴极的水平，但其稳定性还有待改进。     

溶胶-凝胶法制备纳米复合Mo-La2O3阴极

采用溶胶-凝胶法制备出平均粒径小于60nm的Mo-La2O3粉末。将所制备出的纳米复合Mo-La2O3粉末经冷压、热压工艺后烧结成纳米复合Mo-La2O3阴极。发现用溶胶-凝胶法制备的Mo-La2O3阴极组织均匀，晶粒细小，La2O3粒子晶粒大多在100nm以下，且弥散分布在晶内及晶界上。在燃弧实验中发现用溶胶．凝胶法制备的纳米复合Mo-La2O3阴极击穿点分布存阴极表面的大部分面积上，烧蚀坑浅，且击穿优先发生在La2O3相上。     

基于有限元法数控电解车削加工电场特性研究

介绍了通过ANSYS有限元软件分析在不同电压和不同主轴转速下数控电解车削加工时的电场特性。通过仿真分析得到在不同电压和不同主轴转速下的电场分布,实现对阳极型面的预测。     

铸造充型过程中矢量场显示技术的研究

为了更直观和准确地显示熔模精密铸造过程中蜡模或铸件在充型过程咯时刻三维流场的数值模拟结果,本文设计了两种矢量箭头图标显示方法。采用这两种显示方法来显示蜡模或铸件在充型过程中的流场,可以直观地观察流场中物理量的分布情况。这两种显示方法已在BUAA－CAST铸造过程仿真系统中成功地用于显示蜡模或铸件在充型过程中流场的物理量数据的信息。     

放电等离子体烧结复合稀土钼阴极的次级发射性能及组织的研究

研究了放电等离子体烧结(SPS)复合稀土氧化物的钼阴极材料的二次电子发射系数、致密化、组织、结构，对发射后的材料表面进行了微观组织观察，并与常规烧结(CIP-S)方法进行了比较。在低于常规烧结温度180℃-280℃，保温3min得到的复合稀土氧化物的钼阴极材料的晶粒明显细化，相对密度达95．6％-98．8％，因在激活发射过程中能快速在阴极表面形成高比例的稀土氧化物膜，使二次电子发射系数高于CIP—S烧结材料。但SPS烧结温度高于l600℃，晶粒将急剧长大，二次发射系数也显著下降.     

Effect of Oxide Particle Size on Electron Emission and Vacuum Arc Characteristic of Mo-La2O3 Cathode

采用高能球磨及热压烧结工艺制备了Mo-4%（质量分数,下同）La2O3纳米复合的阴极材料,其中La2O3的颗粒尺寸小于100 nm;作为比较,商业W-4% ThO2阴极材料中的ThO2颗粒尺寸为1~2 μm。Mo-La2O3纳米阴极材料的平均真空起始电场强度为2.97×107 V/m,比商业W-ThO2阴极材料低62.7%。纳米复合的Mo-La2O3阴极材料具有优异的电子发射性能,其电子发射点的分布面积和密度明显大于商业W-ThO2阴极材料。氧化物的颗粒尺寸对于阴极材料的电子发射性能以及真空电弧特性有显著的影响。随着La2O3颗粒尺寸的减小,Mo-La2O3阴极材料的电子发射性能提高。当La2O3的颗粒尺寸减小到小于100 nm时,Mo-La2O3 阴极材料的电子发射面积和能力显著增加。纳米复合Mo-La2O3阴极材料电子发射性能的增强归因于在相界面上形成了高的内电场和空间电荷区。     

镀铂栅极抑制电子发射性能研究

利用离子束辅助沉积（IBAD）方法在Mo栅极表面上沉积Pt膜，采用试验二极管方法测量和比较阴极活性物质Ba，BaO蒸发到镀铂栅极和纯钼栅极表面上后的电子发射性能。采用XRD，EDX，XPS等测试手段对其栅极表面进行对比分析和表征。实验结果表明：镀铂栅极具有明显的抑制电子发射性能，并初步探讨了离子束辅助沉积Pt膜抑制栅电子发射的机理。     

磁控溅射Ti靶镀料热发射脱靶的机理研究

高功率脉冲磁控溅射技术虽能实现提高镀料离化率以增强镀层力学性能的设计初衷,但其极低的沉积速率降低了工作效率,阻碍了该技术产业化的成功推广。因此,期望在达到镀料高离化率的同时,兼顾高速沉积是本研究的主要目的,为此本文提出一种创新性的研究思路,利用自主研发的双级脉冲电场,通过分别调控两个脉冲阶段的电场参量引发阴极靶面气体放电由辉光向弧光转变,借助弧光放电产生的高密度等离子体,增强靶面氩离子的碰撞动能和金属靶材产生的焦耳热,诱发镀料以高离化率、高产额的热发射方式脱离靶材。实验结果表明：在持续提高铜靶和钛靶的靶电流密度时,阴极靶材与阳极腔体间的伏安特性会由正比例的递增关系转变为反比例的递减关系,这说明气体放电会由辉光放电向弧光放电转变,并以此诱发镀料由碰撞溅射脱靶转变为溅射+热发射脱靶。实验以钛靶作为研究对象,采用双级脉冲电场在提高钛靶电流密度时,靶面形貌由具有阶梯状直线条纹的多边形凹坑结构转变为具有直线条纹的多边形凹坑和水流波纹状的圆形凹坑的混合结构,说明此时靶面镀料的脱靶方式除典型的碰撞溅射外,已逐渐向碰撞溅射加热发射双重脱靶方式转变,镀层的沉积速率也由6 nm/min大幅增大至26 nm/min。     

水热合成纳米氧化锆工艺研究

探讨了水热法合成氧化锆纳米材料过程中工艺参数对产物的影响。结果表明:水热反应温度越高、前驱体滴定pH值越高,越有利于生成立方相ZrO2;矿化剂可以降低反应的温度,矿化剂浓度增加,晶粒尺寸变小。通过实验得出水热合成纳米ZrO2最佳工艺条件为:水热温度220℃、反应时间48 h、前驱体滴定pH值为11、复合矿化剂K2CO3/KOH比率为3时,适宜浓度为0.1 mol/L。     

手工焊接过程声发射实时监测可行性研究

利用俄制MAES声发射系统对手工焊接过程进行实时监测,对焊接过程的不同时段采集到的声发射信号特征进行分析,以寻找出现裂纹时的声发射信号的特点,从而确定声发射实时监测手工焊接过程的可行性。