[发明专利]热发射电子源有效
申请号: | 200810066573.9 | 申请日: | 2008-04-11 |
公开(公告)号: | CN101556884A | 公开(公告)日: | 2009-10-14 |
发明(设计)人: | 肖林;刘亮;刘长洪;范守善 | 申请(专利权)人: | 清华大学;鸿富锦精密工业(深圳)有限公司 |
主分类号: | H01J1/13 | 分类号: | H01J1/13 |
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地址: | 100084北京市海淀区清华园1*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 发射 电子 | ||
技术领域
本发明涉及一种热发射电子源,尤其涉及一种基于碳纳米管的热发射电 子源。
背景技术
热电子发射是把物体加热到足够高的温度,物体内部电子的能量随着温 度的升高而增大,其中一部分电子的能量大到足以克服阻碍它们逸出的障碍, 即逸出功,而由物体内进入真空。在热电子发射过程中,发射电子的物体被 称为热发射电子源。良好的热发射电子源的材料应满足下列要求:其一,逸 出功低,熔点高,蒸发率小;其二,具有良好的机械性能,尤其是高温性能; 其三,良好的化学稳定性。普通热电子源材料通常采用纯金属材料、硼化物 材料或者氧化物材料。
采用纯金属材料制备热发射电子源时,通常热发射电子源为带状、丝状、 薄膜状或网状的纯金属材料,其具有较高的比表面积。传统的也是最常见的 热发射电子源为纯钨丝,其由许多纤维状的长条微晶组成。纯钨丝作为热发 射电子源的优点是价格较便宜,对真空度要求不高,缺点是热电子发射效率 低,发射源直径较大,即使经过二级或三级聚光镜,在样品表面上的电子束 斑直径也在5纳米-7纳米,因此仪器分辨率受到限制。而且,钨丝被加热到高 温再冷却后即产生再结晶,其晶粒由原来的细长纤维变为块状结晶,因此, 钨丝易变脆,极易断裂,大大影响了其作为热发射电子源的寿命。
采用硼化物材料或金属氧化物材料制备热发射电子源时,该热发射电子 源的结构为硼化物材料或金属氧化物材料包覆在耐熔基金属基底的表面。由 于此类热发射电子源的化学性能十分稳定,且逸出功较低,所以广泛地用作 电子束分析仪器、电子束加工设备、粒子加速器以及其它一些动态真空系统 中的电子源。然而这样制备的热发射电子源中涂层和金属基底结合不牢固, 容易脱落。此外,在工作温度下,热发射电子源中的硼元素容易蒸发,极大 缩短了热电子发射体的寿命。
碳纳米管(Carbon Nanotube,CNT)是一种新型碳材料,请参见“Helical Microtubules of Graphitic Carbon”,S.Iijima,Nature,vol.354,p56(1991)。碳纳 米管具有极优异的导电性能、良好的化学稳定性和大的长径比,且具有较高 的机械强度,因而碳纳米管在热发射真空电子源领域具有潜在的应用前景。 柳鹏等人提供一种基于碳纳米管的热发射电子源,请参见″Thermionic emission and work function of multiwalled carbon nanotube yarns″,Peng Liu et al,PHYSICAL REVIEW B,Vol73,P235412-1(2006)。该热发射电子源采用碳 纳米管长线作为热发射电子源,由于碳纳米管具有较高的机械强度,因此该 热发射电子源具有较长的寿命,但是,由于碳纳米管具有较高的逸出功 (4.54-4.64电子伏),所以该热发射电子源发射效率较低,当碳纳米管长线 的温度达到2000℃时方能发射电子,因此,难以在较低的温度下获得较高 的热发射电流密度。
因此,确有必要提供一种热发射电子源,该热发射电子源寿命较长,能 在较低的温度下发射电子,且发射效率较高。
发明内容
一种热发射电子源包括一碳纳米管绞线,其中,该碳纳米管绞线包括多 个相互缠绕的碳纳米管,该热发射电子源进一步包括低逸出功材料颗粒,该 低逸出功材料颗粒至少部分填充于该碳纳米管绞线内。
与现有技术相比较,本技术方案所提供的热发射电子源中低逸出功材料 填充于碳纳米管绞线内,与碳纳米管绞线结合牢固,不易脱落,因此该热发 射电子源寿命较长。而且,低逸出功材料可以使该热发射电子源能在较低的 温度下发射电子,因此该热发射电子源发射效率较高。另外,该热发射电子 源可广泛应用于真空荧光显示器、X射线管和电子腔等仪器设备中。
附图说明
图1是本技术方案实施例的热发射电子源的结构示意图。
图2是本技术方案实施例的热发射电子源的扫描电镜照片。
图3是本技术方案实施例的热发射电子源的制备方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图详细说明本技术方案热发射电子源及其制备方法。
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