Регистрация / Вход
Прислать материал

Холодные взрывоэмиссионные катоды на основе многослойных графеновых структур и графено-подобных нанометровых пленок

Номер контракта: 14.577.21.0092

Руководитель: Максименко Сергей Афанасьевич

Должность: директор института

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
графен, пиролитический углерод, технология синтеза, автоэмиссионный катод, взрывоэмиссионный катод, плотность тока, импульсная сильноточная техника, свч, компактный источник рентгеновского излучения

Цель проекта:
Целью работы является формирование научно-технического задела и получение значимых научных результатов в области создания холодных взрывоэмиссионных катодов для использования в вакуумных устройствах сильноточной электроники, а именно 1.1 Разработка технических требований для создания новых технологий и оборудования для производства многослойных графенов с высокоразвитой поверхностью (не менее 1800 м^2/г), их модифицированных форм, содержащих различные поверхностные функциональные группы, и активных компонентов электродных материалов с заданными техническими характеристиками. 1.2. Разработка экономичной технологии синтеза методом CVD без непрерывного потока газа внутри камеры графеноподобных пленок и многослойных графеновых структур непосредственно на медных подложках большой площади (десятки квадратных сантиметров). 1.3. Разработка и апробирование технологических подходов для повышения адгезии графена и графено-подобных пленок пиролитического углерода к медным подложкам взрывоэмиссионных катодов, что необходимо для обеспечения однородности эмиссии со всей площади катода. 1.4. Исследование полученных гибридных катодов медь/графен на способность к стабильной взрывной эмиссии электронов, обеспечивающей высокие плотности тока (до 300 А/см^2), с помощью наносекундного импульсного ускорителя электронов. 1.5 Разработка алгоритмов и программы для численного моделирования взрывоэмиссионных процессов в сильноточной электронике. 1.5. На основании результатов численного моделирования выработка рекомендаций к геометрии катод-анодного узла, формулировка рекомендаций по профилированию медных подложек, нанесению методом спин-коутинга на них рельефа, наиболее эффективного для создания высоких плотностей тока. 1.6. Конструктивная доработка катодного узла импульсного ускорителя электронов, разработанного ранее исполнителями проекта, для установки созданных в рамках ПНИ взрывоэмиссионных катодов. 1.7. Исследование эмиссионной способности разработанных катодов при подаче на них импульсов напряжения от 150 до 500 кВ с целью определения возможности их применения для создания сильноточных электронных пучков. 1.8. Исследование времени жизни катодов в условиях работы в частотном режиме (частота следования импульсов до 10 Гц). 1.9. Создание экспериментальных образцов гибридных катодов медь/графен и медь/пиролитический углерод и формулировка технических предложений на макеты источников излучения в рентгеновском и СВЧ диапазонах.

Основные планируемые результаты проекта:
1. экономичная технология синтеза методом CVD без непрерывного потока газа внутри камеры
графеноподобных пленок и многослойных графеновых структур непосредственно на медных подложках
большой площади (сантиметры), отличающиеся высокой адгезией к медным подложкам;
2. результаты числительных экспериментов по установлению влияния на эмиссионную способность
гибридных катодов медь/графен конструкционно-топологических параметров,
3. рекомендации по профилированию медных подложек, нанесению методом спин-коутинга на них
рельефа, наиболее эффективного для создания высоких плотностей тока и напряжений;
4. результаты экспериментального исследования эмиссионной способности разработанных катодов при
подаче на них импульсов напряжения от 150 до 500 кВ с целью определения возможности их применения
для создания сильноточных электронных пучков;
5. серия экспериментальных образцов гибридных катодов медь/графен большой площади (диаметром не
менее 5 см), демонстрирующие стабильную взрывную эмиссию электронов, обеспечивающие высокие
плотности тока (до 300 А/см^2);
6. серия экспериментальных образцов гибридных катодов медь/пиролитический углерод;
7. технические предложения на макет источников рентгеновского излучения с использование созданных в
рамках ПНИ катодов;
8. научные основы и научно-технический задел для создания холодных взрывоэмиссионных катодов на
основе многослойных графеновых структур и графено-подобных нанометровых пленок.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Разрабатываемые в рамках данной ПНИ новые взрывоэмиссионные катоды, в том числе гибридные, медь/
графен и медь/пиролитический углерод, обладающие повышенной эмиссионной способностью, могут
позволить увеличить плотность генерируемого тока, по сравнению со стандартными катодами
(графитовыми), используемыми в импульсной сильноточной технике и, тем самым, повысить выход рентгеновского излучения. Решение указанных проблем позволит создать стабильные и эффективные
катоды для взрывной электронной эмиссии, что открывает путь к созданию источников рентгеновского и
СВЧ излучения с новыми параметрами.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Успешная реализация проекта открывает принципиальную возможность
реализации технологии пространственного сканирования исследуемых объектов путем переключения
отдельных источников рентгеновского излучения, расположенных вокруг исследуемого объекта. Задача
пространственного сканирования рентгеновского излучателя вокруг исследуемого объекта является
ключевой при создании рентгеновских 3D-изображений нестационарных и движущихся объектов. В
частности, для создания досмотровых систем контроля грузов и багажа (проблема безопасности) и
кардиотомографов (медицина), способных работать в реальном режиме времени. Использование
протяженных рентгеновских источников с автоэмиссионными катодами полностью исключает движение
высоковольтных узлов и систем регистрации и, соответственно, удешевляет не только эксплуатационное
обслуживание, но и ремонтный сервис такого рода устройств.

Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения 3 этапа разработана Лабораторная технологическая инструкция синтеза многослойных графеновых материалов типа графеновых нанопластинок с числом слоев до 10, в том числе химически модифицированных, отличающихся повышенной адгезией наноматериала к медным подложкам взрывоэмиссионных катодов большого диаметра, необходимой для обеспечения однородности эмиссии со всей площади катода.
Получены экспериментальные образцы многослойных графеновых материалов и холодных взрывоэмисионных катодов большой площади на основе многослойных графеновых материалов, необходимые для проверки результатов теоретических исследований по способности к стабильной взрывной эмиссии электронов, высокой плотности тока (до 300 А/см^2), при работе ускорителя электронов в импульсном режиме.
Разработана Лабораторная технологическая инструкции синтеза многослойных графеновых материалов типа пиролитический углерод.
Проведены экспериментальные исследования по определению условий CVD синтеза многослойных графеновых материалов, соответствующих оптимальному набору параметров взрывоэлектронной эмиссии.
Проведена конструктивная доработка катодного узла импульсного ускорителя электронов, разработанного ранее исполнителями проекта, для установки созданных в рамках ПНИ катодов для взрывной электронной эмиссии.