Разработка научных основ технологии изготовления наноуглеродных автокатодов для вакуумной электроники
Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Проект закончен
Проект
02.513.11.3175
Организация
Физический факультет МГУ
Руководитель работ
Образцов Александр Николаевич
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Внебюджетные средства
3 млн
Разработка лабораторной технологии, допускающей масштабирование процесса получения различных типов углеродных нанотрубок, в том числе с заранее заданной величиной проводимости для зондовой микроскопии, материалов на основе одностенных и многостенных нанотрубок для автоэлектронных эмиттеров приборов вакуумной электроники и сверхбыстрых модуляторов световых пучков
Соисполнители
Организация
МИЭТ
Организация
ФГУП "НИИ "Платан" с заводом при НИИ"
Этапы проекта
1
20.04.2007 - 25.06.2007
Объектом исследования являются наноуглеродные пленки и методы их осаждения для использования в качестве автоэлектронных катодов вакуумных электронных приборов.
Цель работы - разработка научных основ технологии синтеза углеродных нанотрубок и других нано-углеродных материалов для изготовления автокатодов и вакуумных электронных приборов на их основе.
В процессе работы проводился выбор направлений исследований, а также создание лабораторной установки для плазмохимического осаждения углеродных пленок и разработка конструкции измерительного стенда для определения микроскопических характеристик наноуглеродных автокатодов.
В результате работы был проведен анализ научно-технической литературы, и патентный поиск, определены направления исследований и общая методика их проведения, создана установка для плазмохимического осаждения углеродных пленок. Проведенный анализ показал, что наряду с эмиттерами на основе углеродных нанотрубок в качестве автокатодов могут использоваться также наноуглеродные материалы, состоящие из пластинчатых кристаллитов графита, имеющих нанометровую толщину и преимущественную ориентацию на подложке в направлении нормали к ее поверхности. Такие нано-графитные пленки могут быть получены методом плазмохимического осаждения и имеют ряд преимуществ по сравнению с катодами на основе углеродных нанотрубок. Эти преимущества обеспечивают достижение параметров эмиссии, указанных в Техническом задании. Кроме этого нано-графитный материал и предлагаемый метод его получения обладают новизной и патентной чистотой, необходимой для последующей коммерциализации полученных результатов.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: изготовленная установка позволяет получать углеродные пленки различного состава и с различными структурными характеристиками, включая алмаз, графит и их нанокристаллические формы.
Изготовленная установка прошла тестовые испытания и готова для проведения экспериментов по оптимизации технологии изготовления углеродных пленок для получения эффективных автокатодов.
В ходе проведенных работ разработана конструкция и изготовлены компоненты измерительного стенда для опредения микроскопических характеристик наноуглеродных автокатодов. Совместное использование создаваемого измерительного стенда с уже имеющейся установкой, позволяющей определение усредненных по большой площади эмиссионных характеристик, предоставляет дополнительные возможность для оптимизации параметров материала создаваемых автокатов.
Цель работы - разработка научных основ технологии синтеза углеродных нанотрубок и других нано-углеродных материалов для изготовления автокатодов и вакуумных электронных приборов на их основе.
В процессе работы проводился выбор направлений исследований, а также создание лабораторной установки для плазмохимического осаждения углеродных пленок и разработка конструкции измерительного стенда для определения микроскопических характеристик наноуглеродных автокатодов.
В результате работы был проведен анализ научно-технической литературы, и патентный поиск, определены направления исследований и общая методика их проведения, создана установка для плазмохимического осаждения углеродных пленок. Проведенный анализ показал, что наряду с эмиттерами на основе углеродных нанотрубок в качестве автокатодов могут использоваться также наноуглеродные материалы, состоящие из пластинчатых кристаллитов графита, имеющих нанометровую толщину и преимущественную ориентацию на подложке в направлении нормали к ее поверхности. Такие нано-графитные пленки могут быть получены методом плазмохимического осаждения и имеют ряд преимуществ по сравнению с катодами на основе углеродных нанотрубок. Эти преимущества обеспечивают достижение параметров эмиссии, указанных в Техническом задании. Кроме этого нано-графитный материал и предлагаемый метод его получения обладают новизной и патентной чистотой, необходимой для последующей коммерциализации полученных результатов.
Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: изготовленная установка позволяет получать углеродные пленки различного состава и с различными структурными характеристиками, включая алмаз, графит и их нанокристаллические формы.
Изготовленная установка прошла тестовые испытания и готова для проведения экспериментов по оптимизации технологии изготовления углеродных пленок для получения эффективных автокатодов.
В ходе проведенных работ разработана конструкция и изготовлены компоненты измерительного стенда для опредения микроскопических характеристик наноуглеродных автокатодов. Совместное использование создаваемого измерительного стенда с уже имеющейся установкой, позволяющей определение усредненных по большой площади эмиссионных характеристик, предоставляет дополнительные возможность для оптимизации параметров материала создаваемых автокатов.
2
26.06.2007 - 31.12.2007
В ходе лабораторных испытаний созданной установки определены корреляционные связи между параметрами плазмохимического процесса осаждения и характеристиками получаемых пленок. Установлены параметры процесса осаждения, позволяющие получать нано-графитные пленки с требуемыми для оптимальной электронной эмиссии структурно-морфологическими параметрами и составом.
Произведена сборка измерительного стенда, предназначенного для определения микроскопических характеристик автоэлектронной эмиссии для нано-углеродных пленок. Разработана программа и методики лабораторных испытаний образцов наноуглеродных автокатодов.
В результате выполнения 2-го этапа НИР был проведен анализ научно-технической информации по созданию различных типов вакуумных электронных приборов с использованием автоэмиссионных углеродных катодов. Проведенный анализ показал значительны интерес ведущих развитых стран к разработкам конкретных типов вакуумных электронных приборов на холодных катодах. Однако, из-за несовершенства самих автоэмиссионных катодов, широкого применения автоэмиссионные углеродные катоды в производстве вакуумных электронных приборов пока не получили. Используемые в настоящей работе холодные катоды на основе нано-углеродных пленок дают основания надеяться на создание некоторых прототипов вакуумных электронных приборов, которые реально по своим эксплуатационным параметрам будут конкурировать с приборами на накаливаемых катодах.
В соответствии с техническим заданием на данном этапе работы была разработана конструкция следующих прототипов вакуумных электронных приборов: осветительной лампы, источников света диодного и триодного типов, индикаторной электронно-лучевой трубки и рентгеновской трубки. На эти прототипы приборов была оформлена лабораторная конструкторская документация.
Для проведения на следующем этапе работы испытаний создаваемых прототипов приборов был разработаны методики испытаний электрических и светотехнических параметров. По разработанным техническим решениям были проведены патентные исследования.
По результатам работ опубликована 1 статья в журнале Appl. Phys. A, сделано 4 доклада на международных научных конференциях, подготовлено и направлено в печать еще 4 статьи. Сставлен и оформлен промежуточный отчет о проведенных исследованиях.
Предусмотренные Календарным планом и Техническим заданием задачи решены полностью
Произведена сборка измерительного стенда, предназначенного для определения микроскопических характеристик автоэлектронной эмиссии для нано-углеродных пленок. Разработана программа и методики лабораторных испытаний образцов наноуглеродных автокатодов.
В результате выполнения 2-го этапа НИР был проведен анализ научно-технической информации по созданию различных типов вакуумных электронных приборов с использованием автоэмиссионных углеродных катодов. Проведенный анализ показал значительны интерес ведущих развитых стран к разработкам конкретных типов вакуумных электронных приборов на холодных катодах. Однако, из-за несовершенства самих автоэмиссионных катодов, широкого применения автоэмиссионные углеродные катоды в производстве вакуумных электронных приборов пока не получили. Используемые в настоящей работе холодные катоды на основе нано-углеродных пленок дают основания надеяться на создание некоторых прототипов вакуумных электронных приборов, которые реально по своим эксплуатационным параметрам будут конкурировать с приборами на накаливаемых катодах.
В соответствии с техническим заданием на данном этапе работы была разработана конструкция следующих прототипов вакуумных электронных приборов: осветительной лампы, источников света диодного и триодного типов, индикаторной электронно-лучевой трубки и рентгеновской трубки. На эти прототипы приборов была оформлена лабораторная конструкторская документация.
Для проведения на следующем этапе работы испытаний создаваемых прототипов приборов был разработаны методики испытаний электрических и светотехнических параметров. По разработанным техническим решениям были проведены патентные исследования.
По результатам работ опубликована 1 статья в журнале Appl. Phys. A, сделано 4 доклада на международных научных конференциях, подготовлено и направлено в печать еще 4 статьи. Сставлен и оформлен промежуточный отчет о проведенных исследованиях.
Предусмотренные Календарным планом и Техническим заданием задачи решены полностью
3
01.01.2008 - 25.06.2008
Были изготовлены углеродные автокатоды с параметрами, оптимизированными в соответствии с результатами предварительного анализа.
  Было проведено испытание, доработка и запуск измерительного стенда для определения микроскопических характеристик наноуглеродных автокатодов.
  Проведены лабораторные испытания экспериментальных образцов наноуглеродных автокатодов.
  Была разработана технология лабораторного изготовления экспериментальных образцов вакуумных электронных приборов с нано-углеродными автокатодами.
  Были изготовлены образцы вакуумных электронных приборов с нано-углеродными катодами
  Образцы вакуумных электронных приборов на основе нано-углеродных автокатодов подвергнуты тестовым испытаниям для определения их технических характеристик
  Было проведено испытание, доработка и запуск измерительного стенда для определения микроскопических характеристик наноуглеродных автокатодов.
  Проведены лабораторные испытания экспериментальных образцов наноуглеродных автокатодов.
  Была разработана технология лабораторного изготовления экспериментальных образцов вакуумных электронных приборов с нано-углеродными автокатодами.
  Были изготовлены образцы вакуумных электронных приборов с нано-углеродными катодами
  Образцы вакуумных электронных приборов на основе нано-углеродных автокатодов подвергнуты тестовым испытаниям для определения их технических характеристик
4
26.06.2008 - 31.10.2008
Создан лабораторный научно-технологический комплекс, позволяющий проводить исследования в области наноматериалов и нанотехнологий.
Программа
Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы"
Программное мероприятие
1.3 Проведение проблемно-ориентированных поисковых исследований и создание научно-технического задела в области индустрии наносистем
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Организация
ФНИЦ "Кристаллография и фотоника" РАН
профинансировано
Продолжительность работ
2007 - 2008, 18 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Организация
АО "НИФХИ им. Л.Я. Карпова"
профинансировано
профинансировано
Продолжительность работ
2010 - 2012, 26 мес.
Бюджетные средства
1,9 млн
профинансировано
профинансировано