Способ изготовления холодного катода


C01P2004/13 - Неорганическая химия (обработка порошков неорганических соединений для производства керамики C04B 35/00; бродильные или ферментативные способы синтеза элементов или неорганических соединений, кроме диоксида углерода, C12P 3/00; получение соединений металлов из смесей, например из руд, в качестве промежуточных соединений в металлургическом процессе при получении свободных металлов C21B,C22B; производство неметаллических элементов или неорганических соединений электролитическими способами или электрофорезом C25B)

Владельцы патента RU 2717526:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела Российской академии наук (ИФТТ РАН) (RU)

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении электронных приборов, а также для инжекции зарядов в объём конденсированных сред при криогенных температурах. Слой углеродных нанотрубок наносят на металлическую подложку осаждением в дуговом разряде. После этого подложку с нанесённым слоем углеродных нанотрубок выдерживают в атмосфере водорода при давлении 80-90 атм. Изобретение обеспечивает снижение напряжения, необходимого для создания тока эмиссии отрицательных зарядов – электронов, в полученном холодном катоде. Например, для создания тока электронов в 10-12 А от холодного катода, изготовленного по изобретению, в сверхтекучий гелий, на холодный катод необходимо подать напряжение, меньше или равное 50 В, что в 4,4 раза ниже, чем у аналогов. 4 пр.

 

Изобретение относится к области углеродных наноструктур, а именно слоев углеродных нанотрубок на металлических подложках, применяемых в качестве холодных катодов (автоэлектронных источников эмиссии). Преимуществами холодных катодов по сравнению с другими видами источников свободных электронов являются: малая чувствительность к внешней радиации, отсутствие накала, высокая плотность тока автоэмиссии, безинерционность. Совокупность выше указанных свойств обуславливает перспективность использования катодов в различных электронных приборах. Также холодные катоды могут применяться для инжекции зарядов в объем конденсированных сред при криогенных температурах, что, в частности, используется для изучения свойств твердого и сверхтекучего гелия.

Известен способ изготовления холодного катода [Холодный катод. Патент РФ №2572245, опубл. 10.01.2016 г.] - аналог, в котором на пористую поверхность диска из нержавеющей стали механически наносят слой углеродной сажи, а затем сверху равномерно насыпают нанотрубки, которые механически втирают в слой сажи. Недостатком способа является то, что полученные таким образом холодные катоды требуют подачи значительного напряжения для получения тока эмиссии. Так, для создания тока отрицательных зарядов (электронов) в 10-12 А от холодного катода в сверхтекучий гелий, на холодный катод, изготовленный по способу-аналогу, необходимо подать напряжение в 260 В.

Известен способ изготовления холодного катода [Устройство для получения массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках. Патент РФ №2471706, опубл. 10.01.2013 г.] - прототип, в котором слой углеродных нанотрубок наносится на металлическую подложку осаждением в дуговом разряде. Основным недостатком способа является то, что полученные таким образом холодные катоды требуют подачи значительного напряжения для получения тока эмиссии. Так, для создания тока отрицательных зарядов (электронов) в 10-12 А от холодного катода в сверхтекучий гелий, на холодный катод, изготовленный по способу-прототипу, необходимо подать напряжение в 220 В.

Задачей данного изобретения является создание способа изготовления холодного катода, позволяющего существенно снизить напряжение, необходимое для создания тока эмиссии отрицательных зарядов (электронов).

Эта задача решается в предлагаемом способе изготовления холодного катода, в котором слой углеродных нанотрубок наносится на металлическую подложку осаждением в дуговом разряде, за счет того, что металлическая подложка с нанесенным слоем углеродных нанотрубок затем выдерживается в атмосфере водорода при давлении 80-90 атм.

Холодные катоды, полученные по предлагаемому способу, требуют подачи существенно более низкого напряжения для создания тока эмиссии. Так, для создания тока отрицательных зарядов (электронов) в 10-12 А от холодного катода в сверхтекучий гелий, на холодный катод, изготовленный по предлагаемому способу, необходимо подать напряжение £ 50 В, что как минимум в 4,4 раза ниже, чем требуется для холодного катода, изготовленного по способу прототипу.

Достигнутый эффект объясняется снижением энергии выхода электронов при использовании холодных катодов, изготовленных по предлагаемому способу. Оценка энергии выхода электронов по методике Фаулера-Нордгейма [R.H. Fowler, L. Nordheim. Proc. R. Soc. London A119, 173(1928)] для холодных катодов, изготовленных по способу-прототипу, дает значение на уровне 5,0 эВ. Аналогичные измерения для холодных катодов, полученных по предлагаемому способу, дают значения энергии выхода электронов на уровне 1,2 эВ.

Интервал давлений для выдержки металлических подложек с нанесенным слоем углеродных нанотрубок в атмосфере водорода определен экспериментально. При давлениях водорода ниже 80 атм. возрастает напряжение, которое требуется подавать на катод для получения заданных значений тока, что обусловлено недостаточной абсорбцией Н2 на углеродных нанотрубках. Увеличение давления водорода до уровня выше 90 атм. не дает дальнейшего положительного эффекта.

Пример 1.

Слой углеродных нанотрубок наносится на медную подложку осаждением в дуговом разряде, затем подложка с нанесенным слоем углеродных нанотрубок выдерживается в атмосфере водорода при давлении 70 атм. Величина напряжения, которое необходимо подать на полученный холодный катод для создания тока отрицательных зарядов (электронов) в 10-12 А в сверхтекучий гелий, составляет 90 В. То есть при данном давлении Н2 напряжение, необходимое для создания заданного тока эмиссии остается слишком большим.

Пример 2.

Слой углеродных нанотрубок наносится на медную подложку осаждением в дуговом разряде, затем подложка с нанесенным слоем углеродных нанотрубок выдерживается в атмосфере водорода при давлении 80 атм. Величина напряжения, которое необходимо подать на полученный холодный катод для создания тока отрицательных зарядов (электронов) в 10-12 А в сверхтекучий гелий, составляет 49 В. Полученный холодный катод соответствует задаче изобретения.

Пример 3.

Слой углеродных нанотрубок наносится на медную подложку осаждением в дуговом разряде, затем подложка с нанесенным слоем углеродных нанотрубок выдерживается в атмосфере водорода при давлении 90 атм. Величина напряжения, которое необходимо подать на полученный таким образом холодный катод для создания тока отрицательных зарядов (электронов) в 10-12 А в сверхтекучий гелий, составляет 48 В. Полученный холодный катод также соответствует задаче изобретения.

Пример 4.

Слой углеродных нанотрубок наносится на медную подложку осаждением в дуговом разряде, затем подложка с нанесенным слоем углеродных нанотрубок выдерживается в атмосфере водорода при давлении 100 атм. Величина напряжения, которое необходимо подать на полученный таким образом холодный катод для создания тока отрицательных зарядов (электронов) в 10-12 А в сверхтекучий гелий, составляет 48 В. То есть при таком давлении Н2 не наблюдается дальнейшего положительного эффекта (снижения величины напряжения, необходимого для создания заданного тока эмиссии).

Способ изготовления холодного катода, в котором слой углеродных нанотрубок наносится на металлическую подложку осаждением в дуговом разряде, отличающийся тем, что металлическая подложка с нанесенным слоем углеродных нанотрубок выдерживается в атмосфере водорода при давлении 80-90 атм.



 

Похожие патенты:

Способ получения электрического тока относится к области электротехники и может быть использован для промышленного производства электроэнергии. Электроэнергию получают путем создания между эмиттером и анодом электровакуумного прибора, содержащего эмиттер, коллектор и анод, электростатического поля, с помощью которого совместно вызывают автоэлектронную эмиссию и перемещают образовавшийся поток электронов от эмиттера к коллектору, а возникающую при этом разность потенциалов между коллектором и эмиттером используют для получения постоянного тока в подключенной к ним цепи полезной нагрузки.

Изобретение относится к области квантовой электроники и может быть использовано при изготовлении газоразрядных приборов, в частности холодных катодов моноблочных газовых лазеров.

Изобретение относится к области электронной техники, а именно к области техники катодно-сеточных узлов (КСУ) с автоэмиссионными катодами для вакуумных электронных устройств, преимущественно приборов с микросекундным временем готовности.

Изобретение относится к области ускорительной техники, физике плазмы, радиационной физике, и может быть использовано в атомной физике, медицине, химии, физике твердого тела, где важным является получение пучков заряженных частиц с необходимыми энергетическими параметрами и регулируемой длительностью.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к изготовлению катодно-сеточных узлов с матричными автоэмиссионными катодами для электровакуумных приборов, в том числе сверхвысокочастотного диапазона.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к созданию катодно-сеточных узлов с автоэмиссионными катодами для вакуумных электронных устройств, в том числе мощных приборов СВЧ-диапазона с микросекундным временем готовности.

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано при изготовлении изделий светоиндикаторной техники и эмиссионной электроники на основе автоэлектронной эмиссии многоострийных углеродных структур.

Изобретение относится к электронной технике, в частности к катодно-сеточным узлам для вакуумных электронных устройств, в том числе мощных приборов СВЧ-диапазона с микросекундным временем готовности.
Изобретение относится к области фотоэлектронных приборов и может быть использовано для изготовления полупрозрачных фотокатодов для быстродействующих фотоэлектронных умножителей.
Изобретение относится к способу нанесения покрытий вакуумно-дуговым испарением и может быть использовано при производстве триботехнических изделий и металлорежущего инструмента с функциональными покрытиями из легированных карбидных соединений.

Изобретение может быть использовано в позитронно-эмиссионных томографах, в геофизических исследованиях скважин, а также в системах безопасности. Сцинтиллятор имеет длину волны излучения больше 200 нм, максимум излучения при 320-460 нм и химическую формулу AD(BO3)X2:E, где А - Ва, Са, Sr, La или их сочетание, D - Al, Ga, Mg или их сочетание, X - F, Cl или их сочетание, Е - Се или сочетание Се и Li.

Изобретение может быть использовано в топливных элементах, литий-ионных батареях, суперконденсаторах, электросорбционных установках очистных сооружений. Углеводород из ряда (CnH2n+n), например метан, используемый в качестве источника углерода, подают в термическую плазму предварительно смешанным с азотом в массовых соотношениях от 1:10 до 1:5 и обрабатывают в термической плазме, формируемой в плазмотроне, при пониженном давлении 300-700 Торр.

Изобретение может быть использовано в аддитивных технологиях для формирования импланта костной ткани. Способ получения сферических гранул гидроксилапатита с регулируемым гранулометрическим составом включает приготовление смеси, содержащей 11-15 мас.% нитрата кальция, 5-9 мас.% гидрофосфата аммония и воду – остальное.

Изобретение относится к получению соединений с углеродом и может быть использовано в водородной энергетике. Устройство для получения порошка, содержащего карбид молибдена, содержит камеру 1 из диэлектрического материала с крышкой 2 вверху, внутри которой горизонтально и соосно размещены цилиндрические графитовые анод 9 и катод 5.

Изобретение может быть использовано при получении подложки для катализаторов, используемых в процессе каталитического риформинга. Сфероидальные частицы оксида алюминия имеют удельную поверхность по БЭТ, составляющую 150-300 м2/г, средний диаметр частиц 1,2-3 мм, разброс диаметров частиц, выраженный через стандартное отклонение, не превышающее 0,1.

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники, а более конкретно, к технологии получения эпитаксиальных пленок нитрида алюминия, и может быть применено в области акусто- и оптоэлектроники.

Изобретение относится к технологии получения титаната натрия Na2Ti3O7, который может быть использован в качестве эффективного анодного материала литиевых и натриевых источников тока, фотокатализатора в ультрафиолетовом и видимом диапазоне света, газочувствительного сенсора для определения влажности воздуха, сепаратора химического источника тока, предотвращающего замыкание электродов и обеспечивающего ионный ток в электролите.

Изобретение может быть использовано в фотонике, лазерной технике и оптоэлектронике при изготовлении лазерных фотоприемников, оптически активных слоёв фотолюминесцентных, катодолюминесцентных и электролюминесцентных устройств, амперометрических биосенсоров, хемилюминесцентных сенсоров, золь-гелевых стекол.

Изобретение может быть использовано в адсорбционной технике для аккумулирования газов, а также в материаловедении и электронике. Сначала производят насыщение материнского объема углеродных нанотрубок молекулами-координаторами: углеводородами нормального, ароматического, нафтенового, ацетиленового или олефинового ряда в жидком виде при температурах ниже температуры кипения соответствующего углеводорода, в количестве 40-230 мас.

Изобретение относится к области выращивания слоев нанокристаллического гексагонального карбида кремния (муассанита) и может быть использовано в электронной промышленности.

Изобретение может быть использовано для очистки природных вод. Способ очистки подземных вод для сельскохозяйственного использования включает обработку воды окислителем, фильтрацию через загрузку, дезинфекцию воды ультрафиолетовым излучением и подачу потребителю.

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано при изготовлении электронных приборов, а также для инжекции зарядов в объём конденсированных сред при криогенных температурах. Слой углеродных нанотрубок наносят на металлическую подложку осаждением в дуговом разряде. После этого подложку с нанесённым слоем углеродных нанотрубок выдерживают в атмосфере водорода при давлении 80-90 атм. Изобретение обеспечивает снижение напряжения, необходимого для создания тока эмиссии отрицательных зарядов – электронов, в полученном холодном катоде. Например, для создания тока электронов в 10-12 А от холодного катода, изготовленного по изобретению, в сверхтекучий гелий, на холодный катод необходимо подать напряжение, меньше или равное 50 В, что в 4,4 раза ниже, чем у аналогов. 4 пр.

Наверх