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     

锥顶碳纳米管的结构稳定性与场致发射性能

运用密度泛函理论研究了锥顶碳纳米管的结构稳定性与电子场致发射性能.结果表明:在外电场作用下,该体系的结构稳定性明显优于碳纳米锥体、C₃₀半球封口的碳纳米管,且电子发射性能与锥角大小、锥顶构型密切相关,特别是锥角38.9°及棱脊型顶部的cone₁@(6,6)综合性能最优,用其作为场致发射源的阴极时可显著提高发射电流密度并延长器件的使用寿命. 关键词： 锥顶碳纳米管 电子场致发射 结构稳定性 密度泛函理论     

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。     

纳米金刚石掺混纳米氧化锌的场发射特性

利用水热法制备了菊花状的氧化锌纳米棒,并进行表征,将纳米氧化锌掺入纳米金刚石中配制成电泳液,超声分散后电泳沉积到钛衬底上,再经热处理后进行场发射特性的测试.结果表明:未掺混的金刚石阴极样品的开启电场为7.3V/μm,在20V/μm的电场下,场发射电流密度为81μA/cm2;掺混后阴极样品的场发射开启电场降低到4.7~6.0V/μm,在20V/μm电场下,场发射电流密度提高到140~158μA/cm2.原因是纳米ZnO掺入后,增强了涂层的电子输运能力、增加了有效发射体数目,提高了场增强因子β,而金刚石保证了热处理后涂层与衬底的良好键合,形成了欧姆接触,降低了场发射电流的热效应.场发射电流的稳定性随掺混ZnO量的增加而下降,要兼顾场发射电流密度及其稳定性,适量掺入ZnO可有效提高纳米金刚石的场发射性能.     

铜基碳纳米管薄膜的制备及其强流脉冲发射特性研究

为了研究碳纳米管薄膜的强流脉冲发射特性, 采用酞菁铁高温热解方法在机械抛光铜基底上直接生长了碳纳米管薄膜 (Cu-CNTs), Cu-CNTs生长方向各异. 在20 GW脉冲功率源系统中采用二极结构对Cu-CNTs的强流脉冲发射特性进行研究, 研究结果表明: 在单脉冲发射条件下, 随脉冲电场峰值的增大, Cu-CNTs薄膜的发射电流峰值呈线性增加, 当宏观场强为15.5 V/μ时, 发射脉冲电流的峰值可达到5.56 kA, 对应的发射电流密度0.283 kA/cm², 当宏观场强达到32.0 V/μ时, 发射脉冲电流的峰值可达到18.19 kA, 对应的发射电流密度0.927 kA/cm², 发射电流能力明显优于已有报道. 在相同峰值, 连续多脉冲情况下, 碳纳米管薄膜具有良好的发射可重复性, 且发射性能稳定. 关键词： 强流脉冲发射 碳纳米管 铜基底 稳定性     

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。     

碳纳米管场发射显示器的研究进展

碳纳米管因具有良好的电子发射特性而成为理想的场发射阴极材料,利用碳纳米管作阴极的场致发射平板显示器件的研究是目前显示技术领域的研究热点之一。报道了场发射显示器（FED）的结构及工作原理、阴极发射材料应具有的特点及碳纳米管在场发射领域中的应用情况。详细地论述了碳纳米管的场致发射特性,包括开启电场、发射电流密度、电流稳定性及发射点密度等,对国内外碳纳米管场发射显示器的发展现状及趋势作了回顾和展望,并对目前所面临的主要问题作了分析,同时提出了一些改进的思路。     

器件参量对栅极调制碳纳米管冷阴极的影响(英文)

基于电场叠加原理,利用悬浮球模型给出了带栅极纳米管顶端电场与电场增强因子,分析了碳纳米管与衬底之间的接触电阻、器件几何参量以及阴栅极之间的电介质对器件场发射性能的影响.结果表明:接触电阻大大降低了碳纳米管阴极的场发射电流,当接触电阻超过100kΩ时,发射电流密度非常小,此时需要更高的阳极开启电压;当阴栅极之间的电介质为真空时,阴极电子发射性能最佳;除了碳纳米管的长径比之外,栅孔半径、阴栅极间距以及阳极距离等的优化设计,也能提高器件发射性能;通过栅极偏压的调制,可以降低阳极驱动电压.     

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     

一种平行栅碳纳米管阵列阴极的场发射特性研究

建立一种平行栅碳纳米管阵列阴极,利用悬浮球模型和镜像电荷法进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场与电场增强因子的解析式. 在此基础上,进一步分析器件各类参数以及接触电阻对阴极电子发射性能的影响. 分析表明,碳纳米管间距大约为2倍碳纳米管高度时阵列阴极的分布密度最佳,靠边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大;除碳纳米管的长径比之外,栅极宽度和栅极间距也对电场增强因子有一定作用;接触电阻的存在大幅度降低碳纳米管顶端表面电场与发射电流,而接触电阻高于800 kΩ时,器件对阳极驱动电压的要求更高. 关键词： 平行栅碳纳米管阵列 悬浮球 场增强因子 接触电阻     

Metal vapor densities and excitation temperatures in a pseudosparkswitch

The densities of iron, tungsten, copper, and nickel vapors produced by pseudosparks in a switch-like configuration are measured by laser-induced fluorescence. The cathode is made of a composite material essentially consisting of tungsten, but also containing the other metals mentioned. Total vapor densities are calculated from ground state densities using the excitation temperature of iron, which decays from 1900 K at 9 μs after initiation of the discharge to 600 K about 150 μs later. With maximum copper and tungsten vapor densities of 1.5×10¹⁸ m^-3 and 2×10¹⁷ m ^-3, respectively, the composition of metal vapor differs considerably from that of the cathode material. Iron and nickel vapors are present with densities in the range of 10¹⁶ m^-3. By comparison of vapor density ratios with vapor pressure ratios it is found that regions with temperatures in excess of 5000 K exist on the cathode. These are attributable to emission sites providing the electrons for current conduction. The vapor densities are roughly proportional to the current amplitude, while the gas pressure has practically no influence between 15 and 30 Pa     

Importance of high local cathode spot pressure on the attachment ofthermal arcs on cold cathodes

The importance of having high local cathode spot pressures for the self-sustaining operation of a thermal arc plasma on a cold cathode is theoretically investigated. Applying a cathode sheath model to a Cu cathode, it is shown that cathode spot plasma pressures ranging 7.4-9.2 atm and 34.2-50 atm for electron temperatures of ~1 eV are needed to account for current densities of 10⁹ and 10¹⁰ A·m^-2, respectively. The study of the different contributions from the ions, the emission electrons, and the back-diffusing plasma electrons to the total current and heat transfer to the cathode spot has allowed us to show the following. 1) Due to the high metallic plasma densities, a strong heating of the cathode occurs and an important surface electric field is established at the cathode surface causing strong thermo-field emission of electrons. 2) Due to the presence of a high density of ions in the cathode vicinity, an important fraction of the total current is carried by the ions and the electron emission is enhanced. 3) The total current is only slightly reduced by the presence of back-diffusing plasma electrons in the cathode sheath. For a current density j_tot=10⁹ A·m^-2 , the current to the cathode surface is mainly transported by the ions (76-91% of j_tot while for a current density j_tot = 10¹⁰ A·m^-2, the thermo-field electrons become the main current carriers (61-72% of j_tot). It is shown that the cathode spot plasma parameters are those of a high pressure metallic gas where deviations from the ideal gas law and important lowering of the ionization potentials are observed     

高能电子辐射下聚四氟乙烯深层充电特性

介质深层充放电现象是诱发航天器异常故障的重要因素之一.分析了高能电子辐射下介质内部电荷沉积、能量沉积特性和电导特性,考虑了真空与介质界面电荷对电场分布的影响,建立了介质二维深层充电的物理模型,并基于有限元方法实现了数值计算.计算了高能电子辐射下聚四氟乙烯的深层充电特性.结果表明:真空环境下,介质的表面存在较弱的反向电场,随着介质深度增大,电场减小至零,随后逐渐增大,最大值出现在靠近接地附近,但在接地点,电场存在小幅降低.分析了不同辐射时间下(1 h,1 d,10 d和30 d),介质内部最大电位和最大电场的时空演变特性.随着辐射时间的增加,最大电位由-128V增加至-7.9×104V,最大电场由2.83×105V·m-1增加至1.76×108V·m-1.讨论了入射电子束流密度对最大电场的影响,典型空间电子环境(1×10-10A·m-2)下,电子辐照10 d时,介质内部最大电场为2.95×106V·m-1.而恶劣空间电子环境(2×10-8A·m-2)下,电子辐射42 h,介质内部最大电场即达到108V·m-1,超过材料击穿阈值(约为108V·m-1),极易发生放电现象.该物理模型和数值方法可以作为航天器复杂部件多维电场仿真的研究基础.     

磁场辅助热处理金属化碳纳米管场发射性能

利用化学镀方法对多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)表面金属化镀镍(MWNTs/Ni),采用丝网印刷制备MWNTs/Ni场发射阴极,并在磁场辅助下热处理所得阴极,研究磁场辅助热处理对MWNTs/Ni阴极的场发射性能的影响,经300mT磁场辅助热处理的MWNTs/Ni的场发射阴极开启场强约为0.80V·μm~(-1),场增强因子β约为16068,对单根MWNTs/Ni在磁场中的受力情况进行建模分析,实验结果表明:磁场辅助热处理有助于提高MWNTs/Ni在阴极表面的直立分布,提高了MWNTs/Ni的场发射性能。     

Measurements of the behaviour of neutral atom density in a diffusevacuum arc by laser-induced fluorescence (LIF)

The method of laser-induced fluorescence was used to study the behavior of the absolute neutral vapor density of a diffuse vacuum arc on FeCu contacts. The local and temporal resolutions were 1 mm³ and 10 μs, respectively. The arc current had a sinusoidal shape of 5.8-ms duration with peak values of 90 and 510 A. It was found that the maximum densities of the iron and copper atoms are 1.2×10 ¹⁷ m^-3 and 7.5×10¹⁷ m^-3, respectively. During the arc the density was correlated with the current. At current zero the measured densities decreased to 10 ¹⁶ m^-3. After current zero, an exponential density decay with a time constant of about 100 μs was observed, indicating the recovery of dielectric strength after current zero. Measurements of the neutron iron vapor density at different spatial positions in the electrode gap reveal a nonisotropic distribution. From the measurements of the population distribution of the iron ground-state multiplet a ⁵D, the excitation temperature was derived. This temperature was low compared with the cathode spot temperature 2500-4000 K and decreased from 1600 K at the current maximum to 1000 K at current zero. The results indicate that the generation of neutrals is caused by flying evaporating metal droplets rather than by molten surface areas     

Al0.6Ga0.4N/GaN/Al0.3Ga0.7N/Al0.6Ga0.4N量子阱中的Rashba自旋劈裂

正如人们所知, 可以通过电场或者设计非对称的半导体异质结构来调控体系的结构反演不对称性(SIA)和Rashba自旋劈裂. 本文研究了Al_0.6Ga_0.4N/GaN/Al_0.3Ga_0.7N/Al_0.6Ga_0.4N量子阱中第一子带的Rashba 系数和Rashba自旋劈裂随Al_0.3Ga_0.7N插入层(右阱)的厚度w_s以及外加电场的变化关系, 其中GaN层(左阱)的厚度为40-w_s Å. 发现随着w_s的增加, 第一子带的Rashba系数和Rashba自旋劈裂首先增加, 然后在w_s>20 Å 时它们迅速减小, 但是w_s>30 Å时Rashba自旋劈裂减小得更快, 因为此时k_f也迅速减小. 阱层对Rashba系数的贡献最大, 界面的贡献次之且随w_s变化不是太明显, 垒层的贡献相对比较小. 然后, 我们假w_s=20 Å, 发现外加电场可以很大程度上调制该体系的Rashba系数和Rashba自旋劈裂, 当外加电场的方向同极化电场方向相同(相反)时, 它们随着外加电场的增加而增加(减小). 当外加电场从-1.5×10⁸ V·m^-1到1.5×10⁸ V· m^-1变化时, Rashba系数随着外加电场的改变而近似线性变化, Rashba自旋劈裂先增加得很快, 然后近似线性增加, 最后缓慢增加. 研究结果表明可以通过改变GaN层和Al_0.3Ga_0.7N层的相对厚度以及外加电场来调节Al_0.6Ga_0.4N/GaN/Al_0.3Ga_0.7N/Al_0.6Ga_0.4N量子阱中的Rashba 系数和Rashba自旋劈裂, 这对于设计自旋电子学器件有些启示.     

含硫宽禁带Ga2Te3基热电半导体的声电输运特性

目前对宽禁带半导体热电材料的研究开始升温, 原因是本征情况下宽禁带半导体往往具有低的热导率和高的Seebeck系数. Ga₂Te₃ 是一类带有缺陷的宽禁带半导体, 其在临界温度680± 10 K和757± 10 K处会参与共析转变和包晶反应, 因此会产生反应热. 本次工作采用少量的S元素等电子替换Ga₂Te₃中的Te元素, 观察到在临界温度附近热焓的变化, 但没有相变发生. 受热焓变化的影响这类材料在临界温度附近出现了较活跃的声电输运行为, 具体表现为热容和Seebeck系数(α)明显增大及热扩散系数(热导率)和电导率下降. 例, 对于x=0.05的材料, 其α值从596 K 时的376.3(μV·K^-1)迅速增大到695 K时的608.2(μV·K^-1), 然后又随温度升高到764 K时迅速降低到213.8(μV·K^-1). 在596 K到812 K范围, Seebeck系数和电导率几乎随温度均呈Z字形变化. 这些输运行为的变化揭示了在Ga₂Te₃基半导体中声子和载流子的临界散射特点, 这种临界散射特征对以后的继续研究具有重要的参考价值.     

合成温度和N2/O2流量比对碳纤维衬底上生长的SnO2纳米线形貌及场发射性能影响

采用化学气相沉积法系统研究了合成温度和N₂/O₂流量对生长在碳纤维衬底上的SnO₂纳米线形貌及场发射性能的影响规律. 利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM), X射线衍射(XRD)及能谱仪(EDS)对产物细致表征, 结果表明, SnO₂纳米线长径比随反应温度的升高而增大; 随N₂/O₂流量比值的增大先增大后变小, 场发射测试表明, 合成温度780 ℃, N₂/O₂流量比为300 : 3 时SnO₂纳米线阵列具有最佳的场发射性能, 开启电场为1.03 V/μm, 场强增加到1.68 V/μm时, 发射电流密度达0.66 mA/cm², 亮度约2300 cd/m².     

温稠密钛电导率计算

温稠密物质是惯性约束核聚变、重离子聚变、Z箍缩动作过程中物质发展和存在的重要阶段. 其热力学性质和辐射输运参数在聚变实验和内爆驱动力学模拟过程中有至关重要的作用. 本文通过建立非理想Saha方程, 结合线性混合规则的理论方法模拟了温稠密钛从10^-5-10 g·cm^-3, 10⁴ K到3×10⁴ K区间的粒子组分分布和电导率随温度密度的变化, 其中粒子组分分布由非理想Saha方程求解得到. 线性混合规则模型计算温稠密钛的电导率时考虑了包括电子、原子和离子之间的多种相互作用. 钛的电导率的计算结果与已有的爆炸丝实验数据相符. 通过电导率随温度密度变化趋势判断, 钛在整个温度区间, 密度0.56 g·cm^-3时发生非金属相到金属相相变. 对于简并系数和耦合系数的计算分析, 钛等离子体在整个温度和密度区间逐渐从弱耦合、非简并状态过渡到强耦合部分简并态.