光电子技术与器件 射线探测技术与装置

O434．1 2005010554 以碳纳米管阵到为场致发射阴极的X射线源研究=Research of X-ray source using carbon nanotubes based field- emission cathode[刊,中]／解滨(中科院长春光机所应用光学国家重点实验室.吉林,长春(130022)),陈波…∥光学学报．-2004,24(10)．-1434-1436 实验使用印刷方法将碳纳米管制备于玻璃基底,并作为X射线源的阴极。阳极材料为铜,其顶端为半球形(半径为2 mm)。高压电源输出在0-19 kV之间可调。射线     

基于碳纳米管X射线源的生物医学成像（英文）

尽管X射线在100多年前就被发现,但X射线的产生技术的发展却相当缓慢.最近发明的碳纳米管X射线源有望彻底改变生物医学X射线成像.碳纳米管X射线源已经成功地应用在几种生物医学成像技术,包括小动物的动态微米CT和乳腺癌的静态乳房断层合成成像.将来,碳纳米管X射线源将在生物医学成像中实现更多应用,其中一个显著的可能是基于静态碳纳米管X射线源的多源CT.     

一种新型微束斑X射线源的研究

采用高效长寿命的LaB6单晶阴极电子枪作为电子束发射系统、轻便的等径双圆筒静电系统作为聚焦系统等技术研究了一种新型台式微束斑X射线源.通过在综合测试仪上的初步实验研究,表明该微束斑X射线源不仅可以连续辐射,而且可以脉冲辐射X射线,输出X射线束斑小、亮度高.此外,该台式X射线源具有体积小、重量轻,使用寿命长、造价低,可灵活移动等优点.     

微束斑X射线源LaB_6阴极电子枪的设计

LaB6阴极电子枪是微束斑X射线源的关键组成部件之一。详细的讨论了电子枪的各组成电极 ,即LaB6阴极、Wehnelt栅极和阳极的设计。采用边界元法 (BEM )对电子枪内部电场电位和场强分布进行了有效的数值计算 ,并从阴极开始起利用四阶Runge Kutta法追踪电子的运动轨迹。给出了当阳极端口处电子束半径为设计值时各电极电压、电极结构等工作参量 ,利用该LaB6阴极电子枪可以满足微束斑X射线源需要高亮度、微细电子束发射的要求。     

一种铝靶软X射线源的研究

研制了一种铝靶软X射线源,这种X射线源对轻介质、薄样品的成像更清晰、分辨能力更强。利用多层滤片和生物样品对铝靶软X射线源进行了性能检测,实验显示铝靶软X射线源对轻介质和生物成像具有较高的吸收衬度,成像效果优于其他靶材X射线源,并通过改变工作电压可以显著调节谱线中软X射线的比例。这种铝靶X射线源适合作为实验室便携式软X射线光源。     

高灵敏高稳定的碘化铯阴极密封式分幅变像管研制

为解决采用Au光电阴极、开放式结构的分幅变像管探测效率低、稳定性差的问题,研制了一种采用CsI光电阴极的密封式分幅变像管。为了对比不同光电阴极对X射线的响应强度,密封式分幅变像管制作有一条Au微带阴极和一条CsI微带阴极。完成了密封式分幅变像管的结构设计、工艺制作和实验测试。研究结果表明:当加载半高宽度200 ps、幅值?2.7 kV的选通脉冲时测得其时间分辨为65 ps;在非单色高能X射线源照射下,CsI阴极的静态响应强度是Au阴极的3.4倍;大气环境中存储1000 h后密封式分幅变像管的静态响应强度仅降低到完成制作时的83%。上述结果表明采用CsI阴极的密封式分幅变像管具有更高的探测效率和稳定性,可有效提升X射线分幅成像质量和可靠性。     

光学仪器 X射线、紫外线及其仪器

O434.1 2005021581 一种新型脉冲微束斑X射线源的研究=Study of protable pulse X-ray sources with micro-beam[刊,中]／王凯歌(中 科院物理研究所软物质实验室．北京(100080)),牛憨笨… //光电子·激光．-2004,15(9).-1011-1015 通过控制栅极电压技术,有效地控制LaB6阴极电子 枪发射系统电子束发射的通与断,成功实现了新型台式微 束斑X射线源的脉冲辐射。该X射线源主要由3部分组     

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.     

气体靶激光等离子体软X-射线源实验研究

介绍了一种无碎屑、高亮度、高工作频率的气体靶激光等离子体软X 射线源。其喷气阀门由压电陶瓷驱动 ,工作频率可达到 40 0Hz。与金属靶激光等离子体软X 射线源相比 ,此光源无碎屑。与喷嘴由电磁阀控制的气体靶激光等离子体软X 射线源相比 ,它有较高的工作频率。一工作在模拟模式的通道电子倍增器被用于探测来自光源的软X 射线辐射 ,其输出信号经过一电荷灵敏前置放大器进一步放大变成电压脉冲信号 ,脉冲幅度与输入电荷灵敏前置放大器的电量成正比。实验测得CO2 ,Xe和Kr在 8～ 2 2nm软X 射线投影光刻常用波段的光谱辐射特性。CO2 光谱包括类锂和类铍离子跃迁形成的线谱 ,Xe光谱是多电荷氙离子 4d 5f,4d 4f,4d 6p和 4d 5p跃迁所形成的光谱。Kr气体靶光谱包括类铜离子、类镍离子、类钴离子和类铁离子跃迁形成的线谱和连续谱。     

清华汤姆逊散射X射线源初步实验研究

汤姆逊散射X射线源利用高亮度的相对论电子束与超短TW级激光相互作用,能产生能量可调、脉冲长度短（～100飞秒量级）的准单色高能X射线,在超快物理过程研究和医学领域具有广泛的应用前景。清华大学工程物理系加速器实验室正在积极筹建基于光阴极微波电子枪和飞秒强激光的汤姆逊散射实验平台,并利用实验室现有的16MeV返波行波加速器和Nd:YAG纳秒调Q激光系统进行了初步实验研究。在解决实验中出现的电磁干扰和韧致辐射X射线本底干扰等问题后,在实验中测量到了脉宽为6纳秒、脉冲光子产额为1.7x 10^4 的散射光子信号。在本文中将对实验装置和结果进行详细介绍。     

沉积工艺参数对碳纳米管薄膜场发射性能的影响

利用微波等离子体化学气相沉积(MWPCVD)方法,在不锈钢衬底上直接沉积碳纳米管膜。通过SEM、拉曼光谱和XRD表征,讨论了制备温度和甲烷浓度对碳纳米管膜场发射的影响。结果表明:不同条件下制备的碳纳米管膜的场发射性能有很大差异,保持氢气的流量(100sccm)、生长时间(10min)、反应室压力不变,当甲烷流量为8sccm、温度为700~800℃时,场发射性能最好,开启场强仅为0.8V/μm,发射点分布密集、均匀。     

Field emission characteristics of screen-printed carbon nanotubes cold cathode by hydrogen plasma treatment

Selective plasma etching and hydrogen plasma treatment were introduced in turn to improve field emission characteristics of screen-printed carbon nanotubes (CNTs) cold cathode, which was prepared by using slurry of mixture of multi-wall CNTs, organic vehicles and inorganic binder, i.e. silicon dioxide sol. The results show that selective plasma etching process could effectively remove parts of surface inorganic vehicle (SiO₂) layer and expose more smooth and clean CNTs on cathode surface, which could significantly decrease the operating field of CNTs cathode. There are some nanoparticles emerging on the out of CNTs wall after hydrogen plasma treatment, which are equivalent to increase field emission point of cathode. At the same time, these nanoparticles can increase the local electric field of CNTs, which can decrease operating voltage of CNTs cathode and improve uniformity field emission.     

生长温度对碳纳米管阴极场发射性能的影响

碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)场发射平面显示器(Field Emission Display,FED)与其他显示器比较显示了其独特优点,被认为是未来理想的平面显示器之一。碳纳米管阴极作为器件的核心部分,其性能的好坏直接影响显示器的性能。针对30~60英寸(76.2~152.4cm)大屏幕显示器所用的厚膜工艺,即采用丝网印刷法制备了碳纳米管阴极阵列,研究了化学气相沉积法在不同温度下生长的CNTs的场发射电流-电压特性,找到了适合FED用碳纳米管的最佳生长温度。结果表明生长温度越高(750℃),CNTs场发射性能越好。并用荧光粉阳极测试这些CNTs的场发射发光显示效果,验证了上述结论。     

激光烧蚀对碳纳米管薄膜场发射性能的影响

采用丝网印刷工艺制作了碳纳米管(CNTs)薄膜阴极.经适当能量激光烧蚀后,相互粘连的CNTs随表面粘附有机物的蒸发而分散开,管间隙增加、屏蔽效应减小,使得场发射性能大幅度提高,开启场强降低、场倍增因子β增大.Raman光谱分析表明,随激光能量增加,CNTs表面缺陷增多,成为新的场发射点,对其β增大的贡献加强.相对于两电极结构,三电极中平栅极结构场发射性能经激光烧蚀有更显著的改善.这说明激光烧蚀是提高CNTs场发射性能的有效方法. 关键词： 碳纳米管薄膜 场发射 激光烧蚀 Raman光谱     

Modeling and simulation for the field emission of carbon nanotubes array

To optimize the field emission of the infinite carbon nanotubes (CNTs) array on a planar cathode surface, the numerical simulation for the behavior of field emission with finite difference method was proposed. By solving the Laplace equation with computer, the influence of the intertube distance, the anode–cathode distance and the opened/capped CNT on the field emission of CNTs array were taken into account, and the results could accord well with the experiments. The simulated results proved that the field enhancement factor of individual CNT is largest, but the emission current density is little. Due to the enhanced screening of the electric field, the enhancement factor of CNTs array decreases with decreasing the intertube distance. From the simulation the field emission can be optimized when the intertube distance is close to the tube height. The anode–cathode distance hardly influences the field enhancement factor of CNTs array, but can low the threshold voltage by decreasing the anode–cathode distance. Finally, the distribution of potential of the capped CNTs array and the opened CNTs array was simulated, which the results showed that the distribution of potential can be influenced to some extent by the anode–cathode distance, especially at the apex of the capped CNTs array and the brim of the opened CNTs array. The opened CNTs array has larger field enhancement factor and can emit more current than the capped one.     

高能球磨对碳纳米管形貌及场致发射显示特性的影响

用化学气相沉积法制备了碳纳米管,进行了不同时间的球磨处理。用扫描电镜、拉曼光谱对其形貌和结构进行了表征。对不同球磨条件下的碳纳米管制备成阴极,进行了场致发射特性的测试。结果表明,高能球磨会对碳纳米管的形貌、结构及场致发射性能有明显的影响。球磨时间为0．5～1h时,可以使碳纳半管变短而均匀,且场致发射电性能与未处理时相近,即有低的阈值电场和高的发射电流密度,从而使发射时在阳极上产生的荧光点密度大大增加,发光均匀。但研磨时间过长会改变碳纳半管结构,使其非晶化或石墨化,导致其场致发射性能和显示效果变差。     

生长温度对纳米氧化锌场发射性能的影响

采用锌粉和银粉为蒸发源,用热蒸发法不同温度下制备了四针状纳米氧化锌,并以单独的锌粉做对照。采用扫描电子显微镜(SEM)观察其形貌,X射线衍射(XRD)谱表征其晶体结构。采用丝网印刷方法将其制备为场致电子发射阴极,将阴极与印刷有荧光粉的阳极板组装成二极结构场致发射显示屏,并进行了场致电子发射特性对比实验。结果表明较高温度制备的氧化锌具有较好的场致发射性能;掺杂银粉的蒸发源制备的样品的发射性能明显优于没有掺杂银粉的样品。实验证明ZnO是一种优良的场致发射冷阴极材料,在真空电子方面具有广阔的应用前景。     

Preparation and field emission properties of carbon nanotubes cold cathode using melting Ag nano-particles as binder

A new preparation process for carbon nanotubes (CNTs) cold cathode was studied through the replacement of traditional organic or inorganic binder with Ag nano-particles. This method has the advantages of low preparation temperature and fine electrical contact between CNTs paste and substrate. A mixture paste of CNTs, Ag nano-particles and other organic solvents was spreaded on Si substrate. By melting and connecting of Ag nano-particles after sintered 30 min at 250 °C, a flat CNTs films with good field emission properties was obtained. The measurements reveal that the turn on electric field and the threshold electric field of as-prepared CNTs cathode are 2.1 and 3.9 V/μm respectively and the field emission current density is up to 41 mA/cm² at an applied electric field of 4.7 V/μm.