Регистрация / Вход
Прислать материал

14.577.21.0092

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.577.21.0092
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет"
Название доклада
Холодные взрывоэмиссионные катоды на основе многослойных графеновых структур и графено-подобных нанометровых пленок
Докладчик
Максименко Сергей Афанасьевич
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Получение значимых научных результатов в области создания холодных взрывоэмиссионных катодов для использования в вакуумных устройствах сильноточной электроники. Задачи:
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.
азработка 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).
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. Исследование времени жизни катодов в условиях работы в частотном режиме (частота следования импульсов до 10 Гц).
Создание экспериментальных образцов гибридных катодов медь/графен и медь/пиролитический углерод и формулировка технических предложений на макеты источников излучения в рентгеновском и СВЧ диапазонах.
Актуальность и новизна исследования
Работа катодов в условиях взрывной эмиссии электронов с поверхности катода определяется возникновением плазмы, которая с длительностью приложенного импульса напряжения, закрывает рабочую поверхность катода. Катодную плазму можно рассматривать как поверхность металла, в котором работа выхода электронов в среднем равна нулю, а рассматриваемый источник электронов на катоде обладает практически неограниченной эмиссионной способностью.
Мощные субнаносекундные и наносекундные пучки позволят изучать процессы с соответствующим временем разрешения переходные процессы в полупроводниках, в биологических тканях и т.д. в задачах термоядерной энергетики импульсы излучения нано и суб-наносекундной длительности позволят детально проводить мониторинг , протекания термоядерной реакции т.е. ее протекания в мишенях инерциального термоядерного синтеза, в гражданской авиации и в метеорологических исследованиях, так как чем короче импульс, тем лучше и точней разрешается объект и его структура.
Наконец, мощные субнаносекундные импульсы микроволнового излучения найдут применение также в системах радиолокации нового поколения, позволяющих позиционировать различные цели с высокой точностью, а также в системах радиоэлектронной борьбы (РЭБ).
Эта же технология может быть использована при изготовлении электродов разрядников для увеличения стабильности их рабочих параметров, а также для создания катодов и электродов большой площади, что важно для генерации мощных электронных пучков.
Полученные в ходе выполнения проекта результаты могут также быть использованы при создании катодов для рентгеновской аппаратуры, в частности, рентгеновских томографов.
Описание исследования

Созданы серии взрывоэмиссионных катодов большой площади, покрытых пенками пиролитического углерода 2х толщин (30 и 90 нм), пленками малослойного графена, а также пленками графено, армированного пиролитическим углеродом. Проведенные испытания катодов в импульсно-периодическом режиме с частотой следования импульсов 10 Гц позволили оценить стабильность взрывной эмиссии с поверхности разработанных катодов и их ресурс работы. Наилучшая стабильность работы и повторяемость сигналов (наименьший среднеквадратичный разброс) были зафиксированы для катода, покрытого пленкой  пиролитического углерода толщиной 90 нм. Для этого же катода была зарегистрирована и максимальная эмиссионная способность (ток диода 6.5 кА при напряжении 410 кВ). Исходя из комплексных исследований методами СЭМ, ПЭМ, АСМ, методами спектроскопии комбинационного рассеяния можно сделать вывод, что такой материал, как CVD пленки пиролитичекого углерода, многослойного графена и графена, усиленного пирокарбоном, пригодны для создания взрывоэмисионных катодов, т.к. обеспечивают однородное покрытие равномерной толщины на медных подложках большой площади. Кроме того, такие пленки, полученные методом CVD, отличаются высокой адгезией к меди и однородностью. Серии экспериментов с разрабатываемыми холодными взрывоэмиссионными катодами на основе  пиролитического углерода (как толстая пленка 90 нм, так и тонкая пленка 30 нм), а также пленок  графен-пиролитический углерод показали: -эмиссионную способность при подаче на них импульсов напряжения от 150 до 500 кВ до 300А/см^2; - стабильность взрывной эмиссии электронов, плотности тока,  - время жизни катодов в условиях работы в частотном режиме (частота следования импульсов до 10 Гц) более 10 импульсов;

Разработан Проект технического задания на проведение ОКР по теме: "Разработка источников сильноточных электронных пучков для получения рентгеновского и микроволнового излучения источников рентгеновского излучения с использованием созданных в рамках ПНИ катодов".

Результаты исследования

В ходе выполнения работ созданы серии взрывоэмиссионных катодов большой площади, покрытых пденками пиролитического углерода 2х толщин (30 и 90 нм), пленками малослойного графена, а также пленками графено, армированного пиролитическим углеродом. Все перечисленные графено-подобные покрытия получены методом CVD в соответствии с Лабораторной технологической инструкцией синтеза многослойных графеновых материалов.

Проведенные испытания катодов в импульсно-периодическом режиме с частотой следования импульсов 10 Гц позволили оценить стабильность взрывной эмиссии с поверхности разработанных катодов и их ресурс работы.

Наилучшая стабильность работы и повторяемость сигналов (наименьший среднеквадратичный разброс) были зафиксированы для катода, покрытого пленкой  пиролитического углерода толщиной 90 нм. Для этого же катода была зарегистрирована и максимальная эмиссионная способность (ток диода 6.5 кА при напряжении 410 кВ).

Для части из исследованных катодов (покрытых пленками PyC 30 и 90 нм, а также пленками GrPyC) продемонстрированы высокая эмиссионная способность и стабильность взрывной эмиссии электронов и плотности тока (относительные среднеквадратичные отклонения тока диода для этих катодов не превышали 5%). Все катоды, испытанные на серии более 10 импульсов (включая катоды с развитой за счет добавления алмазной фракции поверхностью), имели относительные среднеквадратичные отклонения тока диода менее 8.6%, что свидетельствует о стойкости их покрытия. Повреждения покрытия после серии импульсов наблюдались только на кромках катодов, существенная же деградация покрытия в центре обнаружена не была. По этой причине дальнейшее исследование стойкости покрытия и времени жизни катодов будет проводиться с катодами с неплоским эмиттером.

Исходя из комплексных исследований методами СЭМ, ПЭМ, АСМ, методами спектроскопии комбинационного рассеяния можно сделать вывод, что такой материал, как CVD пленки пиролитичекого углерода, многослойного графена и графена, усиленного пирокарбоном, пригодны для создания взрывоэмисионных катодов, т.к. обеспечивают однородное покрытие равномерной толщины на медных подложках большой площади. Кроме того, такие пленки, полученные методом CVD, отличаются высокой адгезией к меди и однородностью.

Использование микроалмазов при их гальваническом нанесении на медные подложки большой площади является перспективным методом развития поверхности медного катода для дальнейшего нанесения графено-подобных пленок.

Серии экспериментов с разрабатываемыми холодными взрывоэмиссионными катодами на основе  пиролитического углерода (как толстая пленка 90 нм, так и тонкая пленка 30 нм), а также пленок  графен-пиролитический углерод показали:

-эмиссионную способность при подаче на них импульсов напряжения от 150 до 500 кВ до 300А/см^2;

- стабильность взрывной эмиссии электронов, плотности тока, 
- время жизни катодов в условиях работы в частотном режиме (частота следования импульсов до 10 Гц) более 10 импульсов;

Практическая значимость исследования
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.
Постер

00092-revised.ppt