Разработка научных основ технологии изготовления наноуглеродных автокатодов для вакуумной электроники

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.

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

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

Создан лабораторный научно-технологический комплекс, позволяющий проводить исследования в области наноматериалов и нанотехнологий.