Исследование структурных и автоэмисионных характеристик нанографитных холодных катодов (1103283), страница 4
Текст из файла (страница 4)
14а). При этом окончания наносвитковоказываются преимущественно свободными от TiO 2 . На основании этих наблюденийсделан вывод о том, что основной вклад в АЭ ток, наблюдаемый в эксперименте,дают наносвитки.Рис.13. ВАХ для НГ пленокпокрытых слоем TiO 2 различнойтолщины.Для оценки изменений в АЭ свойствах наносвитков при нанесении оксидатитана был проведен численный анализ, где в качестве модели эмиттера служилцилиндр, окруженный у основания внешним коаксиальным цилиндром,моделирующим оксидный слой (Рис.14б).
Расчеты показали, что заметное падениеАЭ свойств такого эмиттера происходит лишь при условии, что более 90 % его длиныпокрыто внешним слоем, что согласуется с проведенными экспериментальнымиисследованиями.Результаты проведенных исследований показывают, что катоды на основе НГпленок обладают всеми характеристиками, необходимыми для их успешногоиспользования в устройствах вакуумной электроники.
В четвертом параграфеприведены примеры их практического применения. Показана возможность созданиякатодов большой площади методом конденсации углерода из газовой фазы. Такжепроведено тестирование катодов на основе НГ пленок с целью определениявозможности их применения в составе электронной пушки электрического паруса,предназначенного для передвижения космических аппаратов (Рис.15.). Показано, чтоданные катоды полностью удовлетворяют условиям работы электронной пушки.
Наоснове проведенных исследований были изготовлены катоды с необходимымихарактеристиками для установки на космический аппарат ESTCube-1, который былзапущен 7 мая 2013 года и в настоящее время проводятся успешные испытанияэффекта электрического паруса.а)б)Рис.14.(а) РЭМ изображения НГ пленки, покрытой слоем TiO 2 (W=250 нм).(б) Зависимость коэффициента усиления β от длины h 0 части эмиттера непокрытой слоем TiO 2 , полученная в результате численного расчета. На вставкераспределение напряженности электрического поля у окончания эмиттера.Рис.15. Зависимость плотности АЭтока из НГ катода от времени всоставе электронной пушки. На 14 деньпроизведено увеличение приложенногонапряжения для поддержания общегоуровня АЭ тока.ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ1.
Установлено, что для углеродных нанотрубок и графена наблюдаютсягистерезисные эффекты в зависимости АЭ тока от приложенного напряжения.Предложено объяснение данных эффектов в рамках предположения об обратимыхизменениях геометрической формы механически упругих эмиттеров в результатедействия пондеромоторных сил.2. Определена зависимость АЭ характеристик катодов на основенанографитных пленок от уровня давления остаточных газов и длительности ихэксплуатации. Установлено, что при постоянном приложенном напряжениипроисходит снижение уровня тока со временем, связанное как с обратимыми, так инеобратимыми изменениями АЭ характеристик катодов.
Предложено объяснениевозникновения необратимых изменений на основе локального разрушения атомнойструктуры наиболее эффективных эмиссионных центров в результате ионнойбомбардировки. Обратимые изменения объяснены процессами адсорбции/десорбциимолекул остаточных газов, происходящими на поверхности пленки.3. Определено влияние термического окисления нанографитных катодов на ихструктурные и АЭ свойства. Установлено, что при температуре окисления до 650 °Сне происходит существенных изменений в АЭ характеристиках катодов, при этомнаблюдаются заметные изменения в структурных характеристиках с образованиемсквозных отверстий в структуре наностенок, составляющих нанографитную пленку.Установлено, что при температуре окисления выше 650 °С происходит удалениенаноалмазного слоя, присутствующего в промежутке между нанографитной пленкойи подложкой, и отслоение пленки от подложки под действием прикладываемогонапряжения.4.
Установлено, что при нанесении на поверхность нанографитного катодатонких пленок оксида титана пороговое поле увеличивается с ростом толщиныпленки. Определено, что существенные изменения АЭ характеристик происходят притолщине пленки более 150 нм. Показано, что основной вклад в АЭ ток изнанографитного катода дают острийные структуры (наносвитки), расположенные наповерхности пленки.5.
Продемонстрирована возможность создания нанографитных холодныхкатодов большой площади, а также возможность применения таких катодов вэлектронной пушке для космических аппаратов с двигателем, работающим попринципу электрического паруса.Список литературы:1.Fowler, R.H. Electron emission in intense electric fields / R.H. Fowler, L. Nordheim//Proc. Roy. Soc.
ser. A. – 1928. – V. 119. – № 781.– P. 173-181.2.Фурсей, Г. Н. Свойства нанометровых автоэлектронных эмиттеров /Г.Н.Фурсей, Д. В. Глазанов, Л. М. Баскин [и др.] // Вакуумная Микроэлектроника –1997 – Т. 26 - Вып. 2 - С. 89-96.3.Елецкий, А.В. Углеродные нанотрубки и их эмиссионные свойства / А.В.Елецкий // УФН.
– 2002. – Т. 172. – № 4. – С. 401-438.4.Obraztsov, A.N. Cold and Laser Stimulated Electron Emission from Nanocarbons/A.N. Obraztsov, V.I. Kleshch // J. Nanoelectron. Optoelectron. – 2009. – V. 4. – P.207-219.5.Nasibulin, A.G. Correlation between catalyst particle and single-walled carbonnanotube diameters/ Albert G. Nasibulin, Peter V.
Pikhitsa, Hua Jiang, Esko I.Kauppinen // Carbon. – 2005. - V.43. - №.11. – P.2251–2257.6.Wadhawan, A. Effects of O 2 , Ar, and H2 gases on the field-emission properties ofsinglewalled and multiwalled carbon nanotubes / A. Wadhawan, R.E. Stallcup, K.F.Stephens [и др.] // Appl. Phys. Lett. – 2001. – V. 79. – № 12. – P. 1867-1869.7.Jonge, N.
Low noise and stable emission from carbon nanotube electron sources/ N.Jonge, M. Allioux, J.T. Oostveen [и др.]// Appl. Phys. Lett.– 2005. – V. 87. – P.133118.8.Li, Xuesong. Large-Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Filmson Copper Foils / Xuesong Li, WeiweiCai, Jinho An [и др.] // Science. – 2009. –V.324. – №. 5932 – P.1312 – 1314.9.Li, С. Effect of adsorbates on field emission from flame-synthesized carbonnanotubes / Chun Li, Guojia Fang, Xiaoxia Yang [и др.] //J.
Phys. D: Appl. Phys. –2008. – V. 41 – P.195401.10.Kuznetzov, A.A. Electron field emission from transparent multiwalled carbonnanotube sheets for inverted field emission displays / Alexander A. Kuznetzov,Sergey B. Lee, Mei Zhang [и др.] // Carbon. – 2010. – V.48. – P.41-46.Список работ, опубликованных по теме диссертации:1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.V.I. Kleshch, E.A. Vasilieva, S.A. Lyashenko, I.V.
Obronov, A.V. Turnina, A.N.Obraztsov, Surface structure and field emission properties of few-layer grapheneflakes, Physica Status Solidi. – 2011. – V. 248. - №. 11. – P. 2623–2626.Elena A. Vasilyeva, Victor I. Kleshch, and Alexander N. Obraztsov, Effect ofResidual Gas Pressure on Field Electron Emission from Nanographite Films, J.Nanoelectron. Optoelectron. – 2012. – V.7. – P. 41-45.Е.А. Васильева, В.И. Клещ, А.Н. Образцов, Влияние уровня вакуума наавтоэлектронную эмиссию из нанографитных пленок, ЖТФ. – 2012.
– T.82. №7. – C. 107-111.Denis A. Bandurin, Victor I. Kleshch, Elena A. Smolnikova, Ivan V. Obronov,AlbertG. Nasibulin, Esko I. Kauppinen, and Alexander N. Obraztsov, Scanning AnodeField Emission microscopy of Nanocarbons, J. Nanoelectron. Optoelectron. – 2013. –V.8. – P. 114-118.Ivan V. Obronov, Victor I. Kleshch, Elena A. Smolnikova, Denis A. Bandurin, andAlexander N. Obraztsov, Field Emission Properties of Single-Walled CarbonNanotube Films, J. Nanoelectron. Optoelectron. – 2013. – V.8.
– P.71-74.Alexander N. Obraztsov, Victor I. Kleshch and Elena A. Smolnikova, A nanographite cold cathode for an energy-efficient cathodoluminescent light source,Beilstain J. Nanotechnol. – 2013. – V. 4. – P. 493-500.Victor I. Kleshch, Elena A. Smolnikova, Andrey S. Orekhov, Taneli Kalvas, OlliTarvainen, Janne Kauppinen, Antti Nuottajärvi, Hannu Koivisto, Pekka Janhunen,and Alexander N. Obraztsov, Nano-graphite cold cathodes for electric solar windsail, Carbon. – 2015.
– V.81 – P. 132-136.Е.А. Васильева, Зависимость автоэмиссионных характеристик нанографитныхкатодов от уровня давления остаточных газов. XVI международная молодежнаяконференция «Ломоносов-2010», Москва, 12-15 апреля 2010.E. A. Vasilieva, V. I. Kleshch, A.
N. Obraztsov, Effect of residual gases on fieldemission from nanographite films, Second International workshop «NanocarbonPhotonics and Optoelectronics» Koli (Finland), 1-6 August 2010, P.83.Victor I. Kleshch, Elena A. Vasilyeva, Sergey A. Lyashenko, Anastasia V. Turnina,Alexander N. Obraztsov, Surface structure and field emission properties of few-layergraphene flakes, 25th International Winterschool on Electronic Properties of NovelMaterials, Kirchberg (Austria), 26 February - 05 March 2011, P.96A.N. Obraztsov, V.I. Kleshch, S.A.
Lyashenko, E.A.Vasilieva, A.P. Volkov, FieldEmission Properties and Application of Nanographite Films, Nano and GigaChallenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy, Moscow, 12-16September 2011, P.144.E.A. Vasilieva, V.I. Kleshch, A.N. Obraztsov, Degradation of field emissionproperties of nanographite films at high residual gases pressure, Nano and Giga13.14.15.16.17.18.Challenges in Electronics, Photonics and Renewable Energy, Moscow, 12-16September 2011, P.188Смольникова Е.А. Корреляция между автоэмиссионными свойствами иструктурой поверхности нанографитных пленок, XIX международнаямолодежная научная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых«Ломоносов-2012», Москва, 9-13 апреля 2012E.A.Smolnikova, V.I.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
