Исследование структурных и автоэмисионных характеристик нанографитных холодных катодов (1103283)
Текст из файла
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работыЗа последние три десятилетия был открыт и исследован ряд новых формуглерода (фуллерены, углеродные нанотрубки, графен и т.п.), представляющих собойструктуры, характерный линейный размер которых в одном, двух или трехнаправлениях составляет несколько нанометров. Среди этих, ранее неизвестныхобразований, особый интерес вызывают углеродные наноструктуры с высокимаспектным отношением, которое делает их привлекательными для использования вкачестве холодных (т.е.
ненагреваемых) катодов. Явление автоэлектронной эмиссии,которое лежит в основе функционирования таких катодов, заключается в испусканииэлектронов твердыми телами под действием сильного электрического поля. Наиболееизвестными и хорошо изученными автоэмиссионными структурами такого родаявляются углеродные нанотрубки. Благодаря высокому аспектному отношению, атакже характерной для них химической инертности, высокой проводимости имеханической прочности, углеродные нанотрубки используются для созданияавтоэмиссионных катодов, которые могут демонстрировать стабильную иинтенсивную эмиссию электронов при относительно низких значениях приложенногонапряжения в условиях высокого вакуума. В ряде исследований продемонстрированаперспективность практического использования автокатодов на основе нанотрубок вразличных областях вакуумной электроники.
В тоже время было показано, чтоавтокатоды на основе углеродных нанотрубок имеют целый ряд недостатков, которыесущественно затрудняют их использование. В связи с этим в настоящее времязначительные усилия прикладываются к разработке новых методов получениянанотрубок и изготовления на их основе автоэлектронных эмиттеров с улучшеннымисвойствами и новыми функциональными характеристиками, включая длительноевремя жизни и стабильность эмиссии, механическую гибкость, оптическуюпрозрачность и др.Наряду с нанотрубками активно изучаются также автокатоды на основе другихуглеродных структур с графитоподобным (sp2) типом межатомных связей, таких какнаностенки графита, углеродные наносвитки, графен.
За счет нанометрового размера,в таких структурах могут возникать квантово-механические размерные эффекты, врезультате чего механизм автоэлектронной эмиссии из них может иметьсущественные отличия от эмиссии из макроскопически больших эмиттеров,описываемой теорией Фаулера-Нордгейма. Другой важной особенностьюнанографитных автоэмиссионных структур является присущее им свойствомеханической упругости. При автоэлектронной эмиссии такие структуры могутизменять свою геометрическую форму под действием пондеромоторных сил, врезультате чего возникают различные электромеханические эффекты, исследованиекоторых представляет интерес, как с фундаментальной, так и с практической точкизрения.Возможность практического применения автокатодов в значительной степениопределяется стабильностью их автоэмиссионных свойств в процессе эксплуатации.Несмотря на интенсивные исследования в этой области, актуальными остаютсязадачи, связанные с изучением стабильности наноуглеродных эмиттеров иопределения механизмов их деградации в зависимости от экспериментальныхусловий, а также оценки потенциальных возможностей практического использованиятаких катодов и поиска методов повышения стабильности их автоэмиссионныхсвойств.Указанные проблемы и задачи в области исследования автоэлектроннойэмиссии из нанографитных материалов, послужили мотивацией при формулировкецели данной работы.Цель работы заключалась в сравнительном изучении особенностейавтоэлектронной эмиссии из наноуглеродных материалов, обусловленных различиемих структурных и морфологических характеристик, а также в выявление измененийэтих характеристик в результате эмиссии электронов при условиях, аналогичныхусловиям их эксплуатации в различных электровакуумных приборах и устройствах.В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи:1.
Изготовление нанографитных пленочных материалов, определение ихструктурных характеристик и изготовление на их основе образцовавтоэмиссионных катодов.2. Проведение экспериментального исследования автоэлектронной эмиссии изнанографитных катодов на основе пленок из одностенных углеродныхнанотрубок, графена и графитных наностенок.3. Экспериментальное исследование влияния остаточных газов наавтоэмиссионные и структурные свойства нанографитных катодов.4.
Экспериментальное исследование стабильности автоэмиссионных иструктурных свойств нанографитных катодов при их долговременнойработе.5. Экспериментальное исследование влияния термического окисления наавтоэмиссионные и структурные свойства нанографитных катодов.6. Исследование структуры и автоэмиссионных свойств нанографитныхпленок, покрытых слоем оксида титана.7. Изготовление и тестирование автоэмиссионных катодов для ихпрактического применения.Научная новизна результатов- впервые определены автоэмиссионные свойства катодов на основеодностенных углеродных нанотрубок, полученных аэрозольным методом;- впервые исследована автоэлектронная эмиссия из торца пленки графенабольшой площади на диэлектрической подложке;- получены новые данные о влиянии условий эксплуатации нанографитныхкатодов на их автоэмиссионые и структурные характеристик;- впервые исследовано влияние термического окисления на автоэмиссионные иструктурные свойства катодов на основе нанографитных пленок;- разработан и исследован новый метод увеличения стабильностинанографитных автокатодов посредством создания на их поверхности защитногопокрытия из оксида титана.Практическая ценность работыПроведенные в работе исследования могут быть использованы при оценкеграниц применимости и потенциальных возможностей в ходе создания холодныхкатодов для различных применений.
В ходе работы проведено практическоеиспытание работоспособности нанографитных катодов в составе прототиповэлектровакуумных устройств.Положения, выносимые на защиту1. Автоэмиссионные характеристики углеродных нанотрубок, полученныхаэрозольным методом, графена и нанографитных пленок.2. Зависимостьавтоэмиссионныхсвойствкатодовнаосновенанографитных пленок от уровня давления остаточных газов идлительности работы.
Механизм деградации автоэмиссионных свойствнанографитных автокатодов.3. Зависимостьавтоэмиссионныхиструктурныххарактеристикавтокатодов на основе нанографитных пленок от температуры окисленияпри их нагреве в воздушной атмосфере.4. Зависимость автоэмиссионных характеристик катодов на основенанографитных пленок покрытых слоем оксида титана от толщины слоя.Механизм эмиссии из нанографитных пленок, содержащих острийныеструктуры.Представленные в диссертации результаты прошли апробацию в ходевыступлений на различных научных конференциях, среди них XVI международнаямолодежная конференция «Ломоносов-2010» Москва, 12-15 апреля 2010; SecondInternational workshop «Nanocarbon Photonics and Optoelectronics» Koli (Finland), 1-6August 2010; 5th International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials,Kirchberg (Austria), 26 February - 05 March 2011; Nano and Giga Challenges inElectronics, Photonics and Renewable Energy, Moscow, 12-16 September 2011; XIXмеждународная молодежная научная конференция студентов, аспирантов и молодыхученых «Ломоносов-2012», Москва, 9-13 апреля 2012; Third International workshop«Nanocarbon Photonics and Optoelectronics», Polvijärvi (Finland) , 29 июля – 2 августа2012); 27th International Winterschool on Electronic Properties of Novel Materials,Kirchberg (Austria), 02-09 March 2013; XX международная молодежная научнаяконференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов-2013», Москва,8-13 апреля 2013.ПубликацииПо материалам исследований, представленных в диссертации, опубликовано 7статей в журналах, рекомендованных ВАК, 11 тезисов докладов, представленных нароссийских и международных конференциях.
Список публикаций приводится в концеавтореферата.Личный вкладРезультаты, изложенные в диссертации, получены лично соискателем или приего непосредственном участии. Постановка задач исследований, определение методових решения и интерпретация результатов выполнены совместно с соавторамиопубликованных работ при непосредственном участии соискателя.Структура и объем работыДиссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения исписка литературы из 144 наименований. Работа изложена на 146 страницахмашинописного текста и содержит 65 рисунков.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫВо введении обоснована актуальность темы диссертационной работы,отражена ее научная новизна и практическая значимость, сформулированы цель иосновные задачи исследований.В первой главе приведен анализ литературных данных по теме диссертации.Представлен обзор по теоретическим и экспериментальным исследованиям в областиавтоэлектронной эмиссии (АЭ), физическим свойствам и методам полученияразличных углеродных нанострукутурированных материалов.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
