靜態(tài)雙能CT用碳納米管-石墨烯復合結構冷陰極X光管的研制.pdf

1、X射線成像廣泛應用于醫(yī)學檢測和工業(yè)無損檢測中。作為X射線成像系統(tǒng)中的核心部件-X射線管，多年來由于受到熱電子發(fā)射陰極缺點的限制，如：熱電子發(fā)射陰極體積大、產生焦耳熱高、電流密度小等弊端。已經阻礙了X射線成像的進一步發(fā)展，特別地，在醫(yī)學領域雙能CT成像中，往往要求X射線管的焦斑尺寸小、電流密度大、瞬態(tài)大功率、高速脈沖拍照、有效輻射劑量較低等。碳納米管場致發(fā)射X射線管因具有啟動速度快、工作溫度低、容易實現高分辨率成像、具備高速拍照功能、劑量

2、低等特點，被認為是一種非常好的解決方案。然而，在將碳納米管應用在場發(fā)射領域中時，碳納米管本身的較強的電場屏蔽效應以及碳納米管與生長基底間很難以化學價鍵的形式結合在一起，因此導致了比較差的電接觸性能，接觸電阻較高，所以焦耳熱很大，當發(fā)射電流較高時，很容易導致打火現象。
　　本論文為了提高碳納米管場致發(fā)射陰極的可靠性，通過將石墨烯與碳納米管制備成復合結構場致發(fā)射陰極，以解決碳納米管與基底的電接觸和散熱問題，大大提高了發(fā)射的穩(wěn)定性，并可

3、獲得很高的場致發(fā)射電流密度。根據該場致發(fā)射陰極的特性，優(yōu)化設計出了能夠同時滿足80 kV和120 kV兩種陽極高壓下具有相近聚焦特性的 X射線管，以滿足雙能 CT的要求。并成功實現了 DR(Digital Radiography）成像和CT（Computed Tomography）成像，獲得了很高的分辨率。
　　本論文主要研究的內容有以下三方面：
　　1、復合結構冷陰極陣列的制備。包括用微波等離子體化學氣相沉積法（MW-PC

4、VD）制備碳納米管陣列，采用兩種方案實現碳納米管與石墨烯復合：1、分別在Si基底上鍍催化劑金屬鎳、銅和用微波等離子體CVD法制備石墨烯，然后在其上再用CVD法生長碳納米管陣列；2、先將生長好的石墨烯轉移至Si基底上，然后在其上用微波等離子體CVD法生長碳納米管陣列。測試結果表明，成功制備的石墨烯與碳納米管復合結構場致發(fā)射陰極的最大場發(fā)射電流達到300 mA，場發(fā)射電流密度達到3.75 A/cm2，并具有很好的穩(wěn)定性。
　　2、X射

5、線管的結構設計及優(yōu)化。采用電子束仿真軟件來模擬仿真X射線管各部件的參數的改變對陽極焦斑尺寸的影響，實現在不同陽極電壓下具有相似的聚焦特性，滿足雙能CT系統(tǒng)的要求。
　　3、X射線管的制備及測試。根據仿真設計要求，加工出相應的電子槍零件，采用釬焊工藝實現柵極支架和柵網的焊接，采用超高真空封裝工藝制備碳納米管X射線管并進行電流發(fā)射特性和成像測試。測試結果表明，最大陽極電流達到了110mA，實現了高分辨率的DR成像和CT成像，成像分辨率