基于碳纳米管/石墨烯复合结构阵列的微焦点X射线管

发布时间：2021-01-24 12:03

　　随着人们对X射线管成像的分辨率、穿透成像能力以及测试结果的精准度等方面的要求不断的提高,微焦点X射线管应运而生,其微米级的点光源,出色的成像效果和分辨率,广泛应用于生物医学、工业和材料科学等诸多微观领域。采用场发射冷阴极作为电子源的微焦点X射线管,具有体积小、开启电压小、功耗小、工作稳定以及寿命长等优点,各方面性能都远远高于热阴极电子源。具有纳米尺度的尖端曲率半径的碳纳米管,已然被公认成为场发射首选的材料,但是基于碳纳米管的冷阴极的场发射器件的低电流密度问题,一直困扰着科学界。本论文尝试引入另外一种新型材料,具有高电导率、高热导率、高强度、高电子迁移率的石墨烯。通过微波等离子体化学气相沉积法（ME-PECVD）生长、光刻、转移等方法结合石墨烯与碳纳米管,制备出碳纳米管与石墨烯复合结构的场发射冷阴极阵列,试图改善目前碳纳米管场发射阴极的问题和局限性,并利用三维电磁场模拟软件仿真优化设计出符合要求的微焦点X射线管。开展的主要实验研究如下:（1）系统地研究制备碳纳米管场发射冷阴极的方法,在目前稳定的制备碳纳米管阵列工艺的基础上,总结影响碳纳米管场发射性能的因素,探究碳纳米管场发射存在的问题和... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
        1.1.1 真空微电子学的产生背景
        1.1.2 场发射X射线管的发展及研究意义
    1.2 碳纳米管场发射阴极的研究现状及存在的问题
    1.3 本论文主要研究内容和结构安排
第二章 碳纳米管冷阴极与场致发射
    2.1 碳纳米管概述
    2.2 碳纳米管的基本性质
    2.3 碳纳米管的制备方法
        2.3.1 电弧法
        2.3.2 激光蒸发法
        2.3.3 化学气相沉积法（CVD）
    2.4 基于碳纳米管的场发射冷阴极
    2.5 场致发射理论
        2.5.1 场致电子发射现象
        2.5.2 Fowler-Nordheim（F-N）理论
    2.6 碳纳米管场致发射阴极阵列的制备
        2.6.1 试剂及仪器
        2.6.2 碳纳米管场发射阵列的制备工艺
            2.6.2.1 生长区域的控制
            2.6.2.2 生长形态的控制
            2.6.2.3 碳纳米管的生长
    2.7 本章小结
第三章 碳纳米管与石墨烯的复合结构阵列的研究与制备
    3.1 引言
    3.2 石墨烯概述
        3.2.1 石墨烯原子结构
        3.2.2 石墨烯的性质
        3.2.3 石墨烯的制备
    3.3 碳纳米管与石墨烯的复合结构
        3.3.1 碳纳米管薄膜与石墨烯薄膜的比较
        3.3.2 碳纳米管与石墨烯复合结构阵列的制备
    3.4 本实验采用的制备方案
        3.4.1 原发生长碳纳米管与石墨烯的复合结构阵列
        3.4.2 现成石墨烯的转移
        3.4.3 石墨烯表面衬底的光刻工艺
    3.5 场发射测试
    3.6 本章小结
第四章 微焦点X射线管
    4.1 X射线管的原理、组成及应用
        4.1.1 X射线管外壳
        4.1.2 X射线管的阴极
        4.1.3 X射线管的栅极
        4.1.4 X射线管的阳极
    4.2 X射线管的技术指标
        4.2.1 焦点大小
        4.2.2 靶面倾角
        4.2.3 最大热容量
        4.2.4 冷却速率
        4.2.5 电参数
    4.3 X射线管电子枪结构的数值模拟
        4.3.1 Opera软件简介
        4.3.2 场发射电子枪的建模与仿真
        4.3.3 最优电子枪结构及其性能表征
    4.4 本章小结
第五章 总结和展望
致谢
参考文献
攻硕期间取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管的结构、对称性及晶格动力学[J]. 王玉芳,蓝国祥.  光散射学报. 1999(01)



本文编号：2997211