[發明專利]一種強流重復頻率鈦酸鍶—碳納米管介質陰極及制備方法

有效

• 申請號: 201911348633.0
• 申請日: 2019-12-24
• 公開（公告）號: CN110993465B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 向飛;余志勇;閆二艷;譚杰;羅敏;金暉;康強;王淦平;王朋
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院應用電子學研究所
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304;H01J9/02
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司 51214
• 代理人: 孫杰;蔣仕平

本發明公開了一種強流重復頻率鈦酸鍶—碳納米管介質陰極，包括SrTiO3陶瓷制成的陰極本體，所述陰極本體側面附有碳納米管制成的發射層，所述陰極本體與發射層共燒結成型。采用本發明的一種強流重復頻率鈦酸鍶—碳納米管介質陰極及制備方法，陰極發射閾值低、均勻，提高了發射壽命。

技術領域

本發明涉及一種強流重復頻率鈦酸鍶—碳納米管介質陰極及制備方法，屬于相對論電真空器件技術領域。

背景技術

相對論電真空器件向高功率、高重復頻率、小型化與長壽命方向發展。電子束為束、波互作用能量源頭，在一定重復頻率下需要滿足發射均勻、穩定、電子束密度至少大于1kA/cm2的要求，其要求陰極在高壓脈沖電源的驅動下直接發射電子且發射閾值低與性能穩定的強流冷陰極。常用強流陰極為場致爆炸發射陰極，陰極表面晶須在電場增強作用下場致發射，晶須被迅速加熱，結合熱場發射晶須爆炸產生等離子體，電子束在電場作用下從表面等離子體中被拉出產生新的晶須，所以發射閾值與電子溫度相對很高、等離子體膨脹速度快，在電場屏蔽、新舊晶須分布不均勻的影響下，電子發射不均勻，易造成局部燒蝕，影響發射穩定性。

除了爆炸發射以外，沿面閃絡等離子體陰極是重要的發展方向。其等離子體的產生主要是由于脫吸附氣體在初始場致發射電子下的電離。強流碳納米管中空結構和大比表面積，容易吸附氣體分子，其受電子轟擊后容易釋放出來，沿面閃絡幾率增大，電子溫度與等離子體速度隨之降低。另外，其準一維幾何特性(大長徑比)可以提供較大電場增強系數，所以碳納米管陰極有用高功率應用優點。

電場增強作用除了幾何增強外，還有介質增強。為了進一步提高陰極閃絡幾率，增大碳納米管基底介電常數是有效手段。但是電場增強系數過大，電場作用下應力釋放影響碳納米管形變回復。現階段常規工藝碳納米管薄膜陰極由于界面結合力的原因，強流重復頻率發射穩定性欠佳，發射次數及其有限。鈦酸鍶陶瓷介電常數適中、溫度穩定性好。

發明內容

本發明的發明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種強流重復頻率鈦酸鍶—碳納米管介質陰極及制備方法，本發明制備的陰極發射閾值低、均勻，提高了發射壽命。

本發明采用的技術方案如下：

一種強流重復頻率鈦酸鍶—碳納米管介質陰極，包括SrTiO3陶瓷制成的陰極本體，所述陰極本體側面附有碳納米管制成的發射層，所述陰極本體與發射層共燒結成型。

本發明中，SrTiO3陶瓷介質電場增強、絕緣特性以及碳納米管吸附與解吸附特性，致使表面閃絡概率大為提高，電子溫度與等離子體膨脹速度隨之減低；SrTiO3介電常數大小適中、溫度穩定性較好，故相比其它碳納米管介質陰極本發明陰極發射更穩定；通過發射層和SrTiO3陶瓷陰極本體共燒結，使碳納米管錨定在陰極本體上，碳納米管均勻穩定的分布于陰極本體側面，形成穩定的碳納米管發射層，從而在不改變碳納米管發射特性的基礎上，相比常規碳納米管薄膜陰極強流重復頻率穩定發射性能與發射壽命必然更高。

作為優選，所述發射層中還添加玻璃相陶瓷添加劑，添加量為碳納米管質量的0.3-0.7％；進一步的，所述玻璃相陶瓷添加劑為SiO2-B2O-ZnO玻璃粉。

添加玻璃相陶瓷添加劑使碳納米管更好的錨定在SrTiO3陶瓷陰極本體上，并使碳納米管形成的發射層的表面電阻顯著提高，致使表面閃絡概率大為提高，電子溫度與等離子體膨脹速度隨之減低；陶瓷與碳納米管的熱傳導系數不同，燒結發射層容易開裂，添加玻璃相陶瓷添加劑后在燒結過程中使碳納米管組成的發射層不開裂。

本發明還包括一種強流重復頻率鈦酸鍶—碳納米管介質陰極的制備方法，包括以下步驟：

步驟a:制備包含碳納米管的發射層漿料和SrTiO3陶瓷陰極本體；

步驟b:將發射層漿料涂覆于陰極本體的側面上，；

步驟c:將側面涂覆有發射層漿料的陰極本體放入燒結爐進行燒結；