大電流場(chǎng)發(fā)射冷陰極的制備及應(yīng)用.pdf

1、碳納米管是一種非常重要的納米材料，它有許多非常獨(dú)特的性質(zhì)，其中的尖端發(fā)射性能使碳納米管可能成為未來(lái)的高效場(chǎng)發(fā)射電子源；同時(shí)，具有金屬性的碳納米管還具有導(dǎo)電性好、發(fā)射性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，可以大面積生長(zhǎng)和移植。如果將碳納米管用作場(chǎng)發(fā)射陰極材料，可以得到發(fā)射電流很大，工作穩(wěn)定性和可靠性良好的場(chǎng)致發(fā)射陰極。對(duì)碳納米管場(chǎng)發(fā)射冷陰極材料的研究具有很強(qiáng)的科學(xué)探索性和廣闊的應(yīng)用背景。如果將該陰極應(yīng)用于微波管中，不僅可以為器件提供一個(gè)強(qiáng)大的功率源，而且無(wú)疑會(huì)

2、較大地提高器件地綜合性能。 本文主要研究了碳納米管冷陰極的制備工藝及其場(chǎng)致發(fā)射性能。通過(guò)絲網(wǎng)印刷和CVD生長(zhǎng)方法對(duì)制備得到的碳納米管場(chǎng)發(fā)射冷陰極的發(fā)射性能研究結(jié)果表明，碳納米管場(chǎng)發(fā)射冷陰極具有良好的場(chǎng)發(fā)射性能。 本文采用熱化學(xué)氣相沉積法制備得到了碳納米管場(chǎng)發(fā)射冷陰極。在不同的襯底(表面鍍有金膜的Si片、黃銅、紫銅)上以金屬鎳作為催化劑制備得到碳納米管場(chǎng)致發(fā)射冷陰極。實(shí)驗(yàn)首先采用真空熱絲蒸發(fā)鍍膜的方法在平整的Si片襯底上蒸

3、鍍一層金膜，之后采用磁控濺射的方法在鍍有一層金膜的Si片上濺射一層催化劑金屬鎳膜，然后采用熱化學(xué)氣相沉積法制備得到了具有較大電流發(fā)射(13 mA，電流密度410mA/cm<'2>)的碳納米管場(chǎng)發(fā)射冷陰極。分析了不同催化劑金屬鎳膜膜厚對(duì)制備得到的碳納米管以及相應(yīng)場(chǎng)發(fā)射特性的影響。利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)高溫下(700℃)催化劑金屬鎳膜經(jīng)過(guò)氫氣還原后形成的鎳顆粒和CVD后生成的碳納米管進(jìn)行了表征，并測(cè)試了碳納米管冷陰極的場(chǎng)發(fā)射特性。實(shí)

4、驗(yàn)獲得較大的電流發(fā)射，主要是由于金膜的使用和較大有效發(fā)射邊緣(發(fā)射區(qū)域是2 mm直徑的圓點(diǎn))。對(duì)CVD法制備的碳納米管冷陰極場(chǎng)發(fā)射前后進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)前后陰極表面的碳管始終保持著緊密的排列。 在絲網(wǎng)印刷法制備得到碳納米管場(chǎng)發(fā)射冷陰極的過(guò)程中，對(duì)碳納米管粗品的純化、絲印漿料的配制、絲印工藝和樣品的燒結(jié)等工藝進(jìn)行了研究。利用掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)制備得到的碳納米管冷陰極進(jìn)行了形貌分析，研究了其場(chǎng)發(fā)射特性，得到了較大的電流發(fā)射