碳纳米管阵列场发射性能研究及X射线管电子枪设计
发布时间：2023-03-04 11:38
电子枪作为X射线管的核心部件,在工业检测、医疗成像等领域发挥着重要的作用。近年来很多机构都致力于场致发射电子枪的研究,这其中对于场发射阴极材料的研究探索更是重中之重。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阴极首选的材料。目前硅基底碳纳米管的制备工艺相对成熟,但是大部分制备工艺复杂,成本过高,如何简化制备工艺,降低生长成本对碳纳米管场发射阴极的进一步发展具有重要意义。此外在需要高电导率和热导率的应用中,硅基底并不能满足实际应用的需求,因此在合适的金属基底上生长碳纳米管而不影响预期应用所需的性能是很有必要的。本论文围绕硅基底碳纳米管的工艺简化、改良处理及其场发射性能,以及金属基底碳纳米管的转移、直接生长及其场发射性能展开研究,最后用CST软件设计了基于碳纳米管的X射线管场致发射电子枪。主要内容与结论如下:(1)对硅基底碳纳米管阵列的制备,改良处理及其场发射性能进行了研究。我们使用了一个简单的生长过程,通过喷雾装置将催化剂注入反应室,而无需预沉积金属催化剂和金属氧化物缓冲层,大大简化了生长过程,降低了碳纳米管的生长成本。系统地研究了碳纳米管的场发射性能与长径比的关系。通过...
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 X射线管电子枪概述
1.1.1 X射线管电子枪的发展及现状
1.1.2 电子枪场发射阴极的发展及现状
1.2 碳纳米管场发射阴极概述
1.2.1 碳纳米管的结构和性质
1.2.2 碳纳米管场发射阴极的发展及现状
1.3 本论文研究意义及研究内容
第二章 实验方法及原理
2.1 实验材料及设备
2.1.1 实验试剂与药品
2.1.2 实验装置与仪器
2.2 材料的表征
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
2.2.3 拉曼光谱(Raman spectra)
2.3 化学气相沉积法
2.3.1 化学气相沉积法原理
2.3.2 化学气相沉积法生长碳纳米管的机理
2.4 碳纳米管场发射原理及测试装置
2.4.1 碳纳米管的场发射理论
2.4.2 场发射评价指标
2.4.3 碳纳米管场发射性能的影响因素
2.4.4 碳纳米管场发射测试装置
2.5 电子枪设计方法及理论
2.5.1 仿真设计流程
2.5.2 电子枪的结构及原理
2.5.3 电子光学透镜原理
第三章 硅基底碳纳米管阵列的场发射性能研究及致密化改良处理
3.1 引言
3.2 阵列碳纳米管的制备及表征
3.2.1 阵列碳纳米管的制备
3.2.2 阵列碳纳米管的表征
3.3 阵列碳纳米管的场发射性能研究
3.3.1 场发射测试流程
3.3.2 碳纳米管长径比对场发射性能的影响
3.4 阵列碳纳米管致密化改良处理
3.4.1 致密化碳纳米管的制备及表征
3.4.2 致密化碳纳米管的场发射性能研究
3.5 阵列碳纳米管的场发射稳定性研究
3.6 本章小结
第四章 金属基底碳纳米管阵列的转移、制备及其场发射性能研究
4.1 引言
4.2 阵列碳纳米管的转移及其场发射性能研究
4.2.1 阵列碳纳米管的转移
4.2.2 转移碳纳米管的场发射性能研究
4.3 不同金属基底碳纳米管的制备与场发射性能对比研究
4.3.1 不同金属基底碳纳米管的制备及表征
4.3.2 不同金属基底碳纳米管的场发射性能对比研究
4.4 本章小结
第五章 碳纳米管场致发射电子枪的设计与仿真
5.1 引言
5.2 碳纳米管场致发射电子枪的初始结构
5.3 栅极结构设计
5.3.1 栅极结构对电子发射的影响
5.3.2 栅极电压对电子发射和电子束聚焦的影响
5.3.3 栅极与阴极间距对电子发射和电子束聚焦的影响
5.4 聚焦极结构设计
5.4.1 聚焦极电压对电子束聚焦的影响
5.4.2 聚焦极孔径对电子束聚焦的影响
5.4.3 聚焦极位置及厚度对电子束聚焦的影响
5.5 阳极结构设计
5.5.1 阳极电压对电子束聚焦的影响
5.5.2 阳极位置对电子束聚焦的影响
5.6 碳纳米管场致发射电子枪的优化结构
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
本文编号：3754222
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 X射线管电子枪概述
1.1.1 X射线管电子枪的发展及现状
1.1.2 电子枪场发射阴极的发展及现状
1.2 碳纳米管场发射阴极概述
1.2.1 碳纳米管的结构和性质
1.2.2 碳纳米管场发射阴极的发展及现状
1.3 本论文研究意义及研究内容
第二章 实验方法及原理
2.1 实验材料及设备
2.1.1 实验试剂与药品
2.1.2 实验装置与仪器
2.2 材料的表征
2.2.1 扫描电子显微镜(SEM)
2.2.2 透射电子显微镜(TEM)
2.2.3 拉曼光谱(Raman spectra)
2.3 化学气相沉积法
2.3.1 化学气相沉积法原理
2.3.2 化学气相沉积法生长碳纳米管的机理
2.4 碳纳米管场发射原理及测试装置
2.4.1 碳纳米管的场发射理论
2.4.2 场发射评价指标
2.4.3 碳纳米管场发射性能的影响因素
2.4.4 碳纳米管场发射测试装置
2.5 电子枪设计方法及理论
2.5.1 仿真设计流程
2.5.2 电子枪的结构及原理
2.5.3 电子光学透镜原理
第三章 硅基底碳纳米管阵列的场发射性能研究及致密化改良处理
3.1 引言
3.2 阵列碳纳米管的制备及表征
3.2.1 阵列碳纳米管的制备
3.2.2 阵列碳纳米管的表征
3.3 阵列碳纳米管的场发射性能研究
3.3.1 场发射测试流程
3.3.2 碳纳米管长径比对场发射性能的影响
3.4 阵列碳纳米管致密化改良处理
3.4.1 致密化碳纳米管的制备及表征
3.4.2 致密化碳纳米管的场发射性能研究
3.5 阵列碳纳米管的场发射稳定性研究
3.6 本章小结
第四章 金属基底碳纳米管阵列的转移、制备及其场发射性能研究
4.1 引言
4.2 阵列碳纳米管的转移及其场发射性能研究
4.2.1 阵列碳纳米管的转移
4.2.2 转移碳纳米管的场发射性能研究
4.3 不同金属基底碳纳米管的制备与场发射性能对比研究
4.3.1 不同金属基底碳纳米管的制备及表征
4.3.2 不同金属基底碳纳米管的场发射性能对比研究
4.4 本章小结
第五章 碳纳米管场致发射电子枪的设计与仿真
5.1 引言
5.2 碳纳米管场致发射电子枪的初始结构
5.3 栅极结构设计
5.3.1 栅极结构对电子发射的影响
5.3.2 栅极电压对电子发射和电子束聚焦的影响
5.3.3 栅极与阴极间距对电子发射和电子束聚焦的影响
5.4 聚焦极结构设计
5.4.1 聚焦极电压对电子束聚焦的影响
5.4.2 聚焦极孔径对电子束聚焦的影响
5.4.3 聚焦极位置及厚度对电子束聚焦的影响
5.5 阳极结构设计
5.5.1 阳极电压对电子束聚焦的影响
5.5.2 阳极位置对电子束聚焦的影响
5.6 碳纳米管场致发射电子枪的优化结构
5.7 本章小结
第六章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的学术成果
致谢
本文编号：3754222
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