用于高功率微波管的碳納米管場發(fā)射冷陰極研究.pdf

1、碳納米管以其優(yōu)異獨特的場發(fā)射性能得到廣泛的研究。碳納米管冷陰極具有大電流密度、低開啟電壓、快速響應(yīng)等優(yōu)點，并且有良好的場發(fā)射特性、高導(dǎo)電導(dǎo)熱特性、耐高溫和粒子轟擊等特點，是高功率微波管冷陰極場發(fā)射的理想材料。隨著高功率微波真空電子器件向小型化、高效率和高頻率發(fā)展，采用碳納米管作為陰極材料可以滿足真空電子器件發(fā)展的需要。本論文主要研究如下：
　　1.碳納米管冷陰極場發(fā)射性能的仿真和計算。由于碳納米管具有場發(fā)射增強效應(yīng)和屏蔽效應(yīng)，通過

2、離子仿真軟件計算得到了最優(yōu)的長徑比，以提高場發(fā)射增強效應(yīng)。為了降低屏蔽效應(yīng)對場發(fā)射的影響，通過計算對比得到了最優(yōu)的碳納米管陣列間距，并計算出碳納米管陣列發(fā)射面積，以滿足電子槍對場發(fā)射電流的需要。
　　2.本論文研究了等離子體化學(xué)氣相沉積法制備大面積碳納米管陰極的工藝流程和生長條件，采用自主設(shè)計的PECVD系統(tǒng)在硅片和鉬片上生長出了大面積的碳納米管，通過掃描電鏡和拉曼光譜測試，根據(jù)碳納米管的生長形貌和缺陷性調(diào)整工藝流程和生長條件。為

3、了得到更大的場發(fā)射電流，研究了濕法紡絲工藝制備碳納米管纖維作為場發(fā)射材料，得到了一套自主創(chuàng)新的濕法紡絲制備碳納米管纖維的工藝流程和裝置。
　　3.碳納米管冷陰極的場發(fā)射性能測試。通過自主研發(fā)的場發(fā)射測試系統(tǒng)對生長的碳納米管冷陰極樣品進行場發(fā)射性能測試。分別研究了不同生長溫度和時間條件對碳納米管的形貌和場發(fā)射性能的影響，得到了最佳生長時間和生長溫度。研究了碳納米管纖維的場發(fā)射性能，對比得到了碳納米管纖維的場發(fā)射性能優(yōu)于PECVD法制

4、備的碳納米管陰極材料。
　　4.碳納米管冷陰極電子槍組件的仿真設(shè)計和制備。根據(jù)行波管的結(jié)構(gòu)和皮爾斯電子槍理論，在CST軟件中仿真碳納米管場發(fā)射陰極組件結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)碳納米管場發(fā)射實測參數(shù)擬合得到碳納米管場發(fā)射FN公式，仿真研究了陰極組件中電子槍場發(fā)射電子束匯聚性能。依據(jù)電子槍組件仿真模型，加工得到了碳納米管冷陰極電子槍組件樣品；對電子槍組件樣品進行場發(fā)射性能測試，得到脈沖場發(fā)射電流、閾值場強和電流密度等性能參數(shù)；測試結(jié)果與仿真設(shè)計