[发明专利]卫星场致发射电推进器的发射体制备方法

摘要

本发明公开了一种卫星场致发射电推进发射体的制备方法，该方法利用化学气相沉积（CVD）方法在多孔氧化铝模板（AAO）内生长碳纳米管，并通过等离子处理和化学刻蚀方法，除去氧化铝模板表面的碳，并将碳纳米管从氧化铝中暴露出来，而形成针孔状发射体阵列。该方法可以制备分布均匀、大小均一、发射体顶部曲率半径20nm‑500nm的碳纳米管发射体阵列，将其作为场致发射电推进器（FEEP）的发射体与推进器储箱相连，在推进器中正负电极所产生的电场下，就可以将推进器储箱内的液态金属通过该发射体发射出去，形成推力。该方法即可实现纳米尺度的FEEP推进器的发射体。

主权项

一种卫星场致发射电推进器的发射体制备方法，该方法利用化学气相沉积方法在多孔氧化铝模板通孔内生长碳纳米管，多孔氧化铝模板内的通孔直径在100nm，在氧化铝模板上下表面和通孔内壁上沉积一层用于后续步骤沉积碳的催化剂，化学气相沉积过程时，在催化剂的作用下模板的上下表面和每个通孔的内壁上沉积一层碳，利用等离子体去除模板上下表面的碳，而不会去除通孔内壁上的碳，氧化铝模板孔内沉积的无定形碳形成了碳纳米管结构，再通过化学刻蚀方法部分除去氧化铝模板，使碳纳米管从其中暴露出来，形成尺寸均一、分布均匀的针孔状发射体阵列，碳纳米管的直径在20nm‑100nm之间；其中，具体包括如下步骤：首先，利用多孔氧化铝模板制备通孔氧化铝模板；其次，将通孔氧化铝模板放入浓度为5％‑15％的Fe(NO3)3，CO(NO3)3或Ni(NO3)3的水溶液中，浸泡5‑20分钟，取出晾干后，放入加热炉中在200℃‑300℃下加热1小时至24小时，该过程使得氧化铝模板上下表面以及每个通孔内壁上都浸有的金属盐溶液，并在加热过程中让金属盐在空气中发生化学反应变成金属氧化物；第三，将氧化铝模板放入CVD设备中，在Ar保护下升温至600℃‑1000℃，当到达设定温度后，通入H2气10‑60分钟，使得金属氧化物还原为金属，再通入含碳有机气体10‑60分钟，在金属的催化作用下，含碳有机气体发生裂解，在氧化铝模板的上下表面以及通孔孔壁上沉积一层无定形碳，其中，氧化铝模板孔内沉积的无定形碳形成了碳纳米管结构；第四，降温取出氧化铝模板，放入等离子处理设备中，在氧等离子体环境下处理10‑30分钟，利用氧等离子体反应掉氧化铝模板上下表面处的无定形碳，等离子体接触不到氧化铝模板通孔内部的碳，氧化铝通孔内孔壁上的无定形碳则会保留下来；第五，将氧化铝模板放入氢氧化钠腐蚀夜中，对其一个面进行部分化学刻蚀，通过刻蚀后，氧化铝被部分刻蚀掉，而孔壁上的碳却保留下来，使得碳纳米管暴露出来，形成针孔状发射体。