单晶CeB_6发射性能及磁电阻各向异性研究

采用X射线劳厄定向法对单晶CeB_6的(110),(111),(210)和(310)晶面进行了定向.系统研究了不同晶面热发射性能及磁场对电阻率的影响规律.结果表明,当阴极温度为1873 K时(110),(111),(210)和(310)晶面最大发射电流密度分别为38.4,11.54,50.4和20.8 A/cm~2,表现出了发射性能的"各向异性".RichardsonDushman公式计算逸出功结果表明,上述晶面中(210)晶面具有最低的逸出功,为2.4 eV.从实际应用来看,该晶面有望替代商业化的钨灯丝成为新一代的场发射阴极材料.磁电阻率测量结果显示,当晶体从[001]方向旋转至[011]方向时电阻率从73μ?·cm变化至69μ?·cm,表明电阻率在磁场中沿不同方向同样具有"各向异性"的特点.     

典型二元单晶REB6的电子结构和发射性能

二元单晶稀土六硼化物(REB₆)具有丰富的物理性质,其中单晶LaB₆具有优异的电子发射特性,影响二元REB₆发射性能的物理机理及其他二元REB₆是否具有良好的发射特性,需要进一步研究.本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算对典型二元单晶REB₆(RE=La,Ce,Pr,Nd,Sm,Gd)的电子结构、功函数进行了理论分析,并对区熔法制备的高质量单晶REB₆的热发射性能进行测试.电子结构计算结果表明,二元REB₆费米能级附近具有很高的态密度,宽域分布的稀土元素的d电子决定了REB₆优异发射性能的电子态,局域分布的f轨道对发射性能不利.功函数理论计算表明具有d态价电子的二元REB₆(RE=La,Ce,Gd)具有较低功函数.热发射测试结果表明,以上单晶REB₆ (100)晶面功函数热发射测试值与理论计算值基本相符.最终理论计算结合实验结果表明, LaB₆...     

射频电子枪中LaB6阴极的研究

 一种用于射频电子枪中的LaB₆热阴极已经研制成功。分别研究了(100)、 (110)、(111) 晶向LaB₆单晶的热发射特性。选用(100)晶向的LaB₆单晶材料作为发射体并用铼做基底材料。试验表明,在1823K工作条件下,其热发射电流密度达到 30A/cm²;在真空条件为5×10^-5Pa下,寿命已达10000小时以上。在室温下反复多次暴露大气后,其发射性能保持不变。     

Pb液滴在Ni基底润湿铺展行为的分子动力学模拟

采用分子动力学方法研究了Pb液滴在Ni(100)晶面、(110)晶面和(111)晶面的铺展润湿行为. 结果表明: Pb液滴在Ni(100)及(111)基底上的润湿铺展现象呈各向同性, 而在Ni(110)基底上的润湿铺展现象呈明显的各向异性, 且这种各向异性源于Ni(110)晶面点阵结构上Pb原子沿不同晶向的扩散机制及速度的明显差异; Pb液滴在Ni(111)晶面上铺展时, 未发生表面合金化, 液滴铺展动力学描述近似满足 R² ∝ t, 而液滴在(100)晶面和(110)晶面上铺展时表面产生合金化现象, 铺展动力学关系近似满足 R⁴ ∝ t, 且液滴在(100)晶面上的铺展速度高于(110)晶面上的铺展速度. 关键词： 分子动力学 润湿各向异性 铺展膜 扩散机制     

H2O分子在Fe（100）, Fe（110）, Fe（111）表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理研究了H₂O分子在Fe（100）,Fe（110）,Fe（111）三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H₂O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H₂O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H₂O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H₂O分子与Fe（111）晶面的相互作用最强,其次是Fe（100）,相互作用最弱的是Fe（110）表面,而这与晶面原子 关键词： 第一性原理 Fe单晶表面 2O分子')" href="#">H₂O分子 分子吸附     

悬浮区域熔炼法制备LaB6单晶体与发射性能研究

采用区域熔炼法成功制备出了高质量,高纯度,大尺寸的LaB₆单晶体. 系统分析了制备过程中每个参数对LaB₆单晶生长的影响,确定了晶体生长最佳工艺为:样品转速为30 r/min,生长速度为8-10 mm/h. 分析了单晶LaB₆ (100) 晶面的热电子发射性能,结果表明,当阴极温度为1873 K时,最大热发射电流密度为44.36 A/cm²;利用 Richardson 直线法求出了绝对零度逸出功和有效逸出功分别为1.99和2.59 eV. 场发射测试结果表明,单晶LaB₆场发射单尖最大场发射电流密度达到4.9×10⁶ A/cm²,场发射因子为41500 cm^-1,表现出良好的场发射性能. 因此单晶LaB₆作为热阴极和冷阴极都具有很广阔的应用前景. 关键词： 区域熔炼法 6')" href="#">单晶LaB₆ 热发射性能 场发射性能     

不同晶面的氢终端单晶金刚石场效应晶体管特性

通过微波等离子体化学气相淀积技术生长单晶金刚石并切割得到(110)和(111)晶面金刚石片,以同批器件工艺制备两种晶面上栅长为6μm的氢终端单晶金刚石场效应管,从材料和器件特性两方面对两种晶面金刚石进行对比分析.(110)面和(111)面金刚石的表面形貌在氢终端处理后显著不同,光学性质则彼此相似.VGS=–4 V时,(111)金刚石器件获得的最大饱和电流为80.41 m A/mm,约为(110)金刚石器件的1.4倍;其导通电阻为48.51 W·mm,只有(110)金刚石器件导通电阻的67%.通过对器件电容-电压特性曲线的分析得到,(111)金刚石器件沟道中最大载流子密度与(110)金刚石器件差异不大.分析认为,(111)金刚石器件获得更高饱和电流和更低导通电阻,应归因于较低的方阻.     

单晶LaB6阴极在微波电子枪中的应用

随着自由电子激光器的发展,高亮度微波电子枪越来越受到重视,为满足北京自由电子激光器注入器的要求,高能所进行了国内首台热阴极微波电子枪的实验研究,采用单晶LaB_6做阴极材料。本文描述了在研制过程中所解决的阴极表面处理、夹持、加热等一系列工艺问题,首次采用电子束焊的方法将LaB_6与基金属牢固结合,最后给出实验结果:阴极发射密度可达84A/cm~2,阴极寿命200h,加热灯丝寿命大于500h。     

面心立方多晶薄膜中应变能密度对晶粒取向的依赖

对附着在基体上面心立方多晶薄膜中不同取向晶粒的应变能密度进行了计算.结果表明:在屈服之前,5个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为(100),(510),(410),(511)和(310);在屈服膜中,5个最小的应变能密度对应的晶粒取向依次为(110),(100),(511),(411)和(211).仅考虑应变能,这些取向的晶粒将依次优先生长 关键词： 薄膜 应变能密度 晶粒生长     

H2O分子在Fe(100), Fe(110), Fe(111)表面吸附的第一性原理研究

采用第一性原理研究了H2O分子在Fe(100),Fe(110),Fe(111)三个高对称晶面上的表面吸附.结果表明,H2O分子在三个晶面上的最稳定结构皆为平行于基底表面的顶位吸附结构.H2O分子与三个晶面相互作用的吸附能及几何结构计算结果表明H2O分子与三个晶面的相互作用程度不同,H2O分子与Fe(111)晶面的相互作用最强,其次是Fe(100),相互作用最弱的是Fe(110)表面,而这与晶面原子的排列密度相关.吸附体系的电子结构计算结果也得出了相似的结论.同时电荷布居分析表明,H2O分子与Fe表面相互作用时,O原子与基底原子之间的电荷交换使基底Fe原子表面带负电,导致表面电位降低,也促使Fe表面更易于发生电化学腐蚀反应.     

电化学刻蚀法制备LaB6场发射微尖锥阵列

采用电化学刻蚀方法,成功制备出单尖的六硼化镧、钼、钨及钨铼合金场发射冷阴极尖锥,并对这几种场发射单尖锥阴极的电子发射性能进行了测试比较.结果表明,LaB₆作为场发射阴极,具有良好的发射性能和稳定性.在〈111〉面单晶LaB₆基片上,用PECVD法沉积非晶硅作掩膜,制备出具有一定高度的LaB₆微尖锥场发射阵列,结果发现,LaB₆基底较为平整,尖锥阵列呈现出各向异性.该结论对LaB₆材料在场发射阴极方面的进一步研究具有重要的指导意义.     

放电等离子烧结原位合成LaxCe1-xB6化合物及性能研究

以LaH₂, CeH₂纳米粉和无定形B粉为原料, 通过放电等离子烧结原位合成法制备了单相、高致密度的La_xCe_1-xB₆稀土六硼化物. 系统研究了该系列化合物的晶体结构、表面织构、力学性能、电输运特性及热发射性能. 结果表明, 该方法制备出的样品致密度均高于96%, 维氏硬度最高值达到2310 kg/mm², 说明具有良好的力学性能. 热发射结果表明, 当阴极温度为1873 K, 外加电压为1 kV时, La_0.6Ce_0.4B₆的最大发射电流密度达到40.7 A/cm², 该值高于单纯LaB₆和CeB₆电流密度值. 因此, La_xCe_1-xB₆多元稀土六硼化物作为热阴极材料将有良好的应用前景. 关键词： 稀土六硼化物 阴极材料 热电子发射     

Coadsorption of lanthanum with boron and gadolinium with boron on Mo(1 1 0)

Submonolayer to multilayer coadsorption of lanthanum (La) with boron (B) and gadolinium (Gd) with boron on the surface of Mo(1 1 0) has been studied by means of Auger electron spectroscopy (AES), electron energy loss spectroscopy (EELS) and work function () measurements. The equilibrium state of double adsorbate systems achieved either by adsorption of rare-earth metal (REM) on boron precovered Mo(1 1 0) surface held at room temperature or after moderate annealing of the system with opposite order of adsorption (B on REM films) is the layer which is the inhomogeneous mixture of boron and REM atoms with preferential concentration of boron in the surface area of the mixed film. The work function of such films even at REM to boron concentration ratio much higher than 1/6 are very close to the values of corresponding bulk LaB₆ and GdB₆, favoring assumption of surface rearrangement as the dominant reason of high electron emission efficiency of hexaborides. Almost total similarity of the results for La–B and Gd–B systems can be viewed as the consequence of weak participation of Gd f-electrons in determining the thermionic properties of corresponding double layers.     

电子束在微束斑X射线源中运动轨迹的计算

轰击金属靶面的高能电子束束斑大小,是决定微束斑X射线源最终X射线束斑尺寸的关键因素之一.当LaB₆晶体阴极发射电流为60μA时,采用5点不等距有限差分法(FDM)计算了整个仪器内旋转对称电子光学系统电场的分布,并利用Runge Kutta法从LaB₆阴极发射端面开始追踪了电子束在整个系统内部的运动,经计算,聚焦在靶面上的电子束斑直径约为600~1000nm.     

单晶LaB6热阴极直流发射特性实验研究

 实验利用二极管型电子枪研究了单晶LaB₆热阴极的直流发射特性。阴阳极间距5 mm，从直径为2 mm发射体上测得175 mA直流束流（阴极温度约为1 870 K、阴阳极电压6.5 kV、空间电荷限制状态），电流密度为5.57 A/cm2。采用Longo方程拟合直流发射电流，该方法比以往单纯用Child或Richardson- Dushman公式更符合实际。实验还观测了阴极工作环境和表面状态对直流发射的影响，当真空度低于7×10^-4 Pa时，阴极发射能力逐渐下降,阴极表面碳、氧污染使发射体功函数升高。长时间加热后，石墨上会蒸镀LaB6,由此会造成热子电阻的下降。分析表明La原子补充不及时和表面气体吸附是影响直流发射能力的主要因素。     

稀土硼化物LaxCe1-xB6亚微米粉的制备及光吸收研究

以稀土氧化物La₂O₃和CeO₂为稀土源, 以NaBH₄为硼源在真空环境中通过固相反应成功制备出了分散性好的单相三元La_xCe_1-xB₆亚微米粉. 系统研究了掺杂元素La对CeB₆物相, 微观结构及光吸收性能的影响. 实验结果表明, La元素的掺杂没有改变CeB₆的物相和晶体结构, 而是无序替代了Ce原子晶位. 光吸收结果表明, 随着La掺杂量的增加La_xCe_1-xB₆分散液吸收谷波长从620 nm减小到610 nm出现了蓝移现象.     

Microwave emission and beam propagation measurements in ahigh-power relativistic electron beam-plasma system

Microwave emission was measured from a system consisting of an unmagnetized plasma and a propagating electron beam. A 93-cm² velvet cathode, with an anode-cathode gap of 5.9 cm, injects the electron current into the plasma through an aluminized Mylar anode. Measurements were made of the diode voltage and current in the 6-μV water dielectric accelerator and net current through the beam-plasma system. The unmagnetized plasma is produced by a 90-μs, 90-Å current pulse, emitted from a thermionic LaB₆ electron source, that preionizes argon fill in a 1-m-long, 15-cm-diameter Lucite tube. A microwave spectrometer detects the radio-frequency output in the 2-18, 18-26, and 26-47 GHz bands, filters, and then separates into narrower subbands. The emission takes place in two distinct phases. The 2-GHz output rises promptly with the current pulse and then decays. At 6-GHz and above, a low-level microwave prepulse appears simultaneously with the 2-6 GHz output. This output rises sharply 25 ns after the current pulse begins and includes frequencies out to and beyond 40 GHz. The radio-frequency output falls off before the current pulse ends. The microwave intensity decays monotonically with frequency     

Study of field-induced explosive electron emission mechanisms ofpseudospark superemission cathodes

Various mechanisms of electron emission, including the field, field-enhanced thermionic, and explosive electron emissions from pseudospark cathodes, are discussed and compared. The mechanism of the field-induced explosive electron emission due to microstructure on the cathode surface is considered to be more likely the pseudospark superemissive mechanism. A high-mean electric field up to 3-5 MV/cm on the cathode surface in the end of hollow cathode phase is enough to initiate the mechanism. The cathode spot initiation delay time (<10 ns) and explosive emission threshold current (~10⁸ A/cm² ) prior to the high current conducting phase are given by solving the initial value problem of the one-dimensional heat conduction equation, thus explaining the existing experimental data of the pseudospark cathode superemission. In the case of multigap discharge, the above mechanism occurs on nearly all cathode and interelectrode surfaces. Experimental evidence in single- and multigap pseudospark discharges supports the suggested explanation