基于场发射原理碳纳米管微焦点X射线技术研究

发布时间：2021-01-23 05:50

　　随着X射线技术在医学、工业、材料分析上的广泛应用,对X射线管的分辨率、稳定性、寿命等的要求也越来越高。传统的X射线管采用热阴极电子源,主要使用的材料是钨丝。在热电子发射工作模式下,传统热阴极X射线管存在体积大、启动慢、功耗大等不足。同时,受到材料和工艺的限制,热阴极的钨丝很难做到微米尺度,空间分辨率低,无法满足高分辨成像的要求。碳纳米管（CNT）冷阴极场电子发射具有热负载小、启动响应快、分辨率高、可多电子源集成等优势,是X射线管电子源研究的重要方向。本论文研究基于CNT场发射阴极的微聚焦X射线技术。采用热化学气相沉积法、并与表面阳极化工艺结合,在金属基底上直接生长碳纳米管冷阴极。与传统镀催化剂制备的CNT冷阴极相比,该CNT阴极具有附着力强、寿命长、发射稳定性好等优势。场发射电流密度可以达到400 mA/cm²以上,开启电场低于1.44 V/μm。本工作中,我们设计了冷阴极X射线管的结构,并使用软件模拟计算电子束运行轨迹,得出静电参数对电子束聚焦影响的规律,进而优化结构和电参数。我们搭建了动态X射线成像系统,并在电压19 kV,电流为35μA,曝光时间为6 s的曝... 

【文章来源】：温州大学浙江省

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 热阴极X射线管的发展与存在的问题
    1.3 碳纳米管微焦点X射线技术的发展
第二章 碳纳米管及其场发射机理
    2.1 碳纳米管的基础
        2.1.1 碳纳米管的结构
        2.1.2 碳纳米管的性能
        2.1.3 碳纳米管的应用
        2.1.4 碳纳米管的制备方法
    2.2 场发射机理
第三章 直接生长法制备碳纳米管阴极
    3.1 阳极化技术
        3.1.1 实验仪器与设置
        3.1.2 化学试剂
        3.1.3 阳极化实验流程
    3.2 碳纳米管阴极的制备
        3.2.1 实验仪器与设备
        3.2.2 直接生长法制备碳纳米管的实验过程
    3.3 碳纳米管阴极的结构表征与场发射性能试验方法
        3.3.1 场发射扫描电子显微镜
        3.3.2 透射电子显微镜
        3.3.3 场发射测试系统
    3.4 碳纳米管阴极的结构、性能测试结果与分析
        3.4.1 直接生长法制备的碳纳米管与镀催化剂生长的性能对比
        3.4.2 大面积场发射阴极
        3.4.3 碳纳米管点电子源阴极
    3.5 本章小结
第四章 碳纳米管冷阴极X射线管的设计与成像特性
    4.1 仿真软件Opera3D介绍
    4.2 冷阴极X射线管的结构设计
        4.2.1 栅极电压对电子束的影响
        4.2.2 聚焦极电压对电子束的影响
        4.2.3 阳极电压对电子束的影响
    4.3 X射线测试与防护系统设计
    4.4 成像特性
        4.4.1 X射线胶片成像原理
        4.4.2 胶片成像设备与成像实验过程
        4.4.3 胶片成像结果讨论
        4.4.4 数字平板成像
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
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本文编号：2994675