[發明專利]一種石墨烯覆膜鋇鎢陰極及其制備方法

有效

• 申請號: 202010522203.2
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111613496B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 樊鶴紅;杜航;包正強;孫小菡
• 申請（專利權）人: 東南大學;南京三樂集團有限公司
• 主分類號: H01J1/14
• 分類號: H01J1/14;H01J1/20;H01J9/04
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 金詩琦

本發明公開了一種石墨烯覆膜鋇鎢陰極及其制備方法，所述石墨烯覆膜鋇鎢陰極包括石墨烯層和B型鋇鎢陰極層，B型鋇鎢陰極層的上表面覆石墨烯層，B型鋇鎢陰極層置于支撐筒內，支撐筒內的B型鋇鎢陰極層下設置燈絲。所述制備方法包括以下步驟：(1)制備B型鋇鎢陰極；(2)在襯底生長石墨烯一側覆TRT，通過溶液腐蝕去除襯底，保留石墨烯，將覆有石墨烯的TRT清洗，烘干；(3)在溫控臺上放置石墨烯/TRT膜，B型鋇鎢陰極倒置其上，控制溫度達到TRT熱剝離溫度，再將陰極取開，石墨烯附著在陰極表面。本發明有利于降低鋇鎢陰極表面逸出功，估計逸出功可達1.9eV以下，相比B型陰極，可以提升發射能力，或降低工作溫度以延長陰極使用壽命。

技術領域

本發明涉及微波真空電子技術領域，具體為一種石墨烯覆膜鋇鎢陰極及其制備方法。

背景技術

真空電子器件由于其具有高頻率、高輸出功率等特點，已廣泛用于通信、顯示、醫用CT、無損檢測、粒子加速器、自由電子激光器、電子顯微鏡等各類功率微波系統、精密檢測設備等各類設備和系統中。陰極作為真空微電子器件的電子源，其發射能力直接影響器件和系統的性能指標。熱陰極擁有發射電流大、工作壽命長等顯著優點，得到了廣泛的應用。進一步提升陰極發射能力或延長陰極壽命是陰極一直的發展方向。

M型陰極表面膜層和基底材料之間的互擴散會顯著改變陰極表面功函數，在制備和使用過程中要保持最佳比例。現有的熱陰極中M型陰極是具有較好的發射能力和壽命的一類陰極，其通過在B型或S型陰極表面覆一層鋨或銥或釕薄膜實現更低的逸出功，改善發射能力，但M型陰極表面功函數和陰極表面膜層成分比例有很大關系，熱態工作條件下陰極表面膜層和基底金屬的互擴散會導致陰極表面成分的變化，造成陰極表面逸出功的變化和相同工作條件下發射電流密度的變化，在使用過程中的陰極表面和基底之間的互擴散影響了M型陰極工作穩定性和壽命。

發明內容

發明目的：為了改善陰極發射性能，并簡化制備工藝，提升工作穩定性，本發明的目的是提供一種提升發射能力和工作穩定性的石墨烯覆膜鋇鎢陰極，本發明的另一目的是提供一種工藝簡單的石墨烯覆膜鋇鎢陰極的制備方法。

技術方案：本發明所述的一種石墨烯覆膜鋇鎢陰極，包括石墨烯層和B型鋇鎢陰極層，B型鋇鎢陰極層的上表面覆石墨烯層，B型鋇鎢陰極層置于支撐筒內，支撐筒內的B型鋇鎢陰極層下設置燈絲，形成熱陰極。

石墨烯層為單層或雙層石墨烯。還包括柵極，柵極與石墨烯層之間通過絕緣介質層或真空進行隔離。柵極為環形或網狀。

石墨烯覆膜鋇鎢陰極可以用于熱陰極真空電子器件和熱-光陰極真空電子器件中作為電子源。石墨烯覆膜鋇鎢陰極用于熱-光綜合發射真空電子器件中作為電子源時，陽極采用網狀結構，使陰極激勵光可以從陽極背面入射陰極。石墨烯覆膜鋇鎢陰極用于熱-光綜合發射真空電子器件中作為電子源時，陰極激勵光采用短于690納米的波長。

上述石墨烯覆膜鋇鎢陰極的制備方法，包括以下步驟：

（1）制備B型鋇鎢陰極；

（2）在襯底生長石墨烯一側覆TRT，然后通過FeCl₃腐蝕溶液腐蝕，去除襯底保留TRT上的石墨烯，將覆有石墨烯的TRT在去離子水中清洗，烘干；

（3）在溫控臺上放置步驟（2）所得石墨烯/TRT膜，B型鋇鎢陰極倒置其上，控制溫控臺溫度達到TRT熱剝離溫度，TRT失去粘性，再將陰極取開，石墨烯即附著在陰極表面，得到石墨烯覆膜鋇鎢陰極。

此外，還可通過在陰極表面附加柵極來對陰極表面發射進行調節，該柵極采用環形或網狀結構，柵極與陰極之間通過絕緣層介質或真空進行隔離，通過調節該柵極的電壓，可以實現對陰極發射能力的調節。

有益效果：本發明和現有技術相比，具有如下顯著性特點：

1、有利于降低鋇鎢陰極表面逸出功，相比B型陰極，可以提升發射能力，或降低工作溫度以延長陰極使用壽命；