天鹅绒与碳纳米管阴极强流脉冲发射特性

在2 MeV直线感应加速器注入器平台上开展了天鹅绒阴极与碳纳米管阴极的强流脉冲发射特性综合实验。研究结果表明:天鹅绒阴极与碳纳米管阴极均具有强流脉冲发射性能,在1.61 MV的二极管电压下,天鹅绒阴极与碳纳米管的发射电流密度分别为84,108 A/cm2;启动时间分别为21,40 ns;放气量分别为0.29,0.91 PaL;放出气体分子数目与发射电子数目之比分别为64,225;两种冷阴极强流脉冲发射时的放气质谱相似。     

碳纳米管阴极强流脉冲发射放气质谱分析

借助2 MeV直线感应加速器注入器平台,利用四极质谱仪研究了碳纳米管阴极的强流脉冲发射放气质谱特性. 研究结果表明:在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极材料释放出较多的吸附气体,解吸气体又以CO₂,N₂(CO),H₂三种气体居多,这些解吸气体在阴极等离子体形成过程中起着重要的作用. 通过分析解吸气体成分的含量,证明碳纳米管阴极强流脉冲电子发射过程为场致等离子体发射,而不是场致爆炸发射. 关键词： 碳纳米管阴极 强流脉冲发射 质谱分析 场致等离子体发射     

碳纳米管和天鹅绒阴极强流发射特性的对比研究

采用电泳沉积法、碳纳米管纸和化学气相沉积直接生长法制备了三种碳纳米管阴极. 从强流发射性能、阴极等离子体膨胀、阴极起动、发射均匀性、工作稳定性以及脉冲放气特性等多个方面, 对比研究了碳纳米管阴极和化纤天鹅绒阴极的强流发射特性, 研究表明碳纳米管阵列和碳纳米管纸阴极发射性能明显优于普通化纤天鹅绒, 碳纳米管阴极发射性能与碳纳米管取向无关, 管壁的缺陷发射对无序碳纳米管阴极强流发射具有重要贡献. 碳纳米管阴极的起动场强约为普通化纤天鹅绒的2/3, 电场上升率相同时碳纳米管阴极比化纤天鹅绒阴极起动时间短12–17 ns. 碳纳米管阴极发射均匀性优于化纤天鹅绒, 尤其是碳纳米管阵列, 整个阴极表面等离子体光斑致密且均匀. 在二极管本底气压为6×10^-3 Pa时, 碳纳米管纸阴极对应的二极管峰值气压不到0.3 Pa, 约为普通化纤天鹅绒阴极的1/5, 碳纳米管阵列阴极放气量在三种阴极中最少, 仅为0.042 Pa. 结果表明, 碳纳米管阴极在强流电子束源和相关高功率微波器件领域具有潜在的应用价值.     

丝网印刷制备碳纳米管阴极的强流脉冲发射特性研究

采用丝网印刷法制备了一种大面积的碳纳米管阴极,表征了阴极表面碳纳米管的形貌及分布.研究了该阴极在不同脉冲条件下的高压脉冲发射特性,分析了发射时阴极面等离子体产生和发射点的分布.研究表明：碳纳米管阴极的脉冲发射机制为爆炸电子发射,在平均场强为16.7V/μm的单脉冲电场下,阴极的最高发射电流密度为99 A/cm².在平均场强为15.4 V/μm的双脉冲电场下,阴极的最高发射电流密度为267 A/cm².碳纳米管阴极可以作为强流电子束源在高能微波器件中得到应用. 关键词： 强流脉冲电子束 碳纳米管 阴极 丝网印刷     

碳纳米管阴极的短脉冲爆炸场发射与等离子体膨胀

采用碳纳米管制备了一种强流电子束发射阴极,并对碳纳米管阴极在双脉冲条件下的强流发射性能进行了研究.在双脉冲条件下获得了245 A/cm²的强发射电流密度,阴极的开启时间约为40 ns.采用高速分幅相机和CCD相机对强流电子束在空间和时间的分布进行了研究.研究表明连续脉冲实验时,离子体及其膨胀对发射电子束的强度和分布影响很大,双脉冲时脉冲间隔时间内等离子体的膨胀速率约为8.17 cm/μs.等离子体形成时没有优先位置,电子束发射的局部增强位置是随机的.结果表明碳纳米管阴极可以作为强流阴 关键词： 碳纳米管 爆炸场发射 等离子体膨胀 强流电子束     

多脉冲强流真空电子二极管研究

研究了猝发脉冲串条件下真空强流电子二极管状态和输出电子束参数的变化规律, 建立了阴极等离子体膨胀效应的强流电子二极管参量的方程组, 并提出了阴极等离子体柱状膨胀模型. 实验研究了猝发多脉冲电子二极管输出多脉冲强流电子束的能力和束品质的变化, 给出了以天鹅绒为阴极发射体, 阴极等离子体膨胀速度小于1cm/μs时二极管输出的双脉冲电子束包络的变化和电子束的发射度及亮度.     

碳纳米管阴极的强流脉冲发射性能研究

采用丝网印刷和涂敷方法制备了两种碳纳米管阴极，并研究了两种阴极的强流脉冲发射特性，表征了阴极表面碳纳米管的形貌及分布.研究结果表明在脉冲宽度为100 ns、电压为1.64×10⁶ V的脉冲电场下，涂敷法制备阴极的场发射电流最高达5.11 kA，最高发射电流密度达260 A/cm².丝网印刷法制备阴极的场发射稳定性优于涂敷法制备阴极，但其发射电流低.阴极表面发射体的形貌与分布影响了阴极的脉冲发射性能.碳纳米管阴极的脉冲发射机理为爆炸电子发射.碳纳米管阴极可以作为强 关键词： 碳纳米管 阴极 脉冲发射 强电流     

碳纳米管阴极强流脉冲发射特性实验

 在2 MeV直线感应加速器注入器平台上研究了采用浸渍涂覆方法制备的大面积碳纳米管阴极发射体的强流发射特性。研究结果表明：在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极具有强流电子束发射能力,发射电流密度较大;碳纳米管阴极发射电子过程为场致等离子体发射。实验过程中,阴极端取样电阻环收集到的最大发射电流达350 A,阳极端法拉第筒收集的发射电流为167 A,最大阴极发射电流密度为19.4 A/cm²。     

六角密排多迭层碳纳米管阴极的大电子发射电流和高电子发射稳定性（英文）

研制了一种六角密排多迭层碳纳米管阴极.在这种结构中,衬底银电极由烧结的银浆制作在透明锡铟氧化物电极上,且具有六角形边缘,相邻衬底银电极交错排列于阴极面板上.用ZnO和SnO_2颗粒作为掺杂材料,在衬底银电极和单一碳纳米管层之间制作了底部混杂层;单一碳纳米管层中的碳纳米管主要被用于发射阴极电子.给出了六角密排多迭层碳纳米管阴极的制作工艺,并研究了六角密排多迭层碳纳米管阴极用于电子源的可行性.将氮气作为保护气体,采用烧结方法除掉制备浆料中的有机粘合剂及其它有机杂质.将六角密排多迭层碳纳米管阴极真空密封进三极场发射显示器中,能够形成稳定的电子发射电流.测试结果表明,与普通碳纳米管阴极相比,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有更优的电子发射特性,其开启电场为1.83V/μm,最大电子发射电流为2 718.6μA;且其具有良好的电子发射曲线趋势,当电场强度从2.17V/μm增强到3.06V/μm时,电子发射电流的增幅约为1 410.3μA.对电子发射电流随时间的波动变化进行了测试,测试结果显示六角密排多迭层碳纳米管阴极具有可靠且稳定的电子发射电流.绿色发射图像表明六角密排多迭层碳纳米管阴极具有良好的电子发射均匀性及高的电子发射亮度.鉴于其简单的制作结构和制作工艺,六角密排多迭层碳纳米管阴极具有一定的实际应用性.     

强流电子二极管中阴极等离子体的膨胀

研究了强流四脉冲条件下电子真空二极管中阴极等离子体产生、膨胀和由于阴极等离子体膨胀导致二极管短路现象，通过所建立模型和大量实验数据给出了阴极等离子体膨 胀速率为0.5—4cm/μs，且脉冲过程中不均匀.分析了阴极等离子体膨胀对真空二极管电压、阻抗的影响和对多脉冲强流电子束参数的影响，并给出初步解决方案. 关键词： 多脉冲二极管 阴极等离子 膨胀速率     

Ni/Au层对碳纳米管薄膜强流脉冲发射稳定性的影响

采用酞菁铁高温裂解法在镀有镍金缓冲层的硅基底上生长了碳纳米管薄膜(Ni/Au-CNT),并采用二极结构在相同的主Marx电压下研究了其强流脉冲发射稳定性.结果表明:在脉冲电压峰值为1.60～1.74 MV(对应的脉冲电场峰值为11.43～12.43 V/μm)时,Ni/Au-CNT薄膜首次发射的电流峰值可达331.2A;Ni/Au层不仅能提高CNT薄膜的强流脉冲发射电流峰值,还能提高其发射稳定性;当冷阴极重复脉冲发射7次时,Ni/Au-CNT的脉冲电流峰值衰减到初值的72％,而Ni-CNT和Si-CNT脉冲电流峰值分别衰减到初值的62％和32％.     

相对论全腔轴向提取磁控管阳极释气数值模拟研究

相对论电子轰击阳极产生二次电子和释气以及释气电离产生的击穿现象是限制全腔轴向提取透明阴极磁控管（TCMAC）工作性能的一个重要因素。本研究对TCMAC中轰击产生的阳极二次电子以及释气电离现象进行了物理建模以及三维数值模拟研究,考察了其对TCMAC运行性能的影响。初步计算结果表明,二次电子发射与阳极释气对TCMAC工作都有一定影响,释气后电离产生的正离子数大于系统中电子数时,会导致TCMAC击穿。     

太赫兹源场致发射电子源

通过粒子模拟(PIC)软件模拟计算了在ps级别下二极与三极结构碳纳米管场致发射的电流密度与电子注聚焦性能。阳极电压在2 kV时,二极结构下电流密度达到1.85 A/cm2;三极结构下,栅压700 V时发射电流密度达到2.3 A/cm2,且在一定的三极结构参数与电极电压下,可以获得较好的电子注聚束效果。通过碳纳米管二极管发射实验,获得了6.6 A/cm2的发射电流密度,总发射电流达到52.1 mA,可以为太赫兹器件提供连续发射的电子注。     

Generation of a pulsed high-current low-energy beam in a plasma electron source with a self-heated cathode

The transition of a low-current discharge with a self-heated hollow cathode to a high-current discharge is studied, and stability conditions for the latter in the pulsed–periodic mode with a current of 0.1–1.0 kA, pulse width of 0.1–1.0 ms, and a pulse repetition rate of 0.1–1.0 kHz are determined. The thermal conditions of the hollow cathode are analyzed, and the conclusion is drawn that the emission current high density is due to pulsed self-heating of the cathode’s surface layer. Conditions for stable emission from a plasma cathode with a grid acting as a plasma boundary using such a discharge are found at low accelerating voltage (100–200 eV) and a gas pressure of 0.1–0.4 Pa. The density of the ion current from a plasma generated by a pulsed beam with a current of 100 A is found to reach 0.1 A/cm². Probe diagnostics data for the emitting and beam plasmas in the electron source are presented, and a mechanism behind the instability of electron emission from the plasma is suggested on their basis.     

Field emission of carbon nanotube array with normal-gate cold cathode

A hexagon pitch carbon nanotube (CNT) array vertical to the normal gate of cold cathode field emission displayer (FED) is simulated by solving the Laplace equation. The calculated results show that the normal gate causes the electric field around the CNT tops to be concentrated and emission electron beam become a column. The field enhancement factor and the emission current intensity step up greatly compared with those of diode structure. Emission current density increases rapidly with the decrease of normal-gate aperture. The gate voltage exerts a critical influence on the emission current.