Автоэмиссионные характеристики и структура углеродсодержащих катодных материалов

Дык Мань Фунг; Евгений Павлович Шешин

doi:10.21638/spbu10.2024.205

Авторы

Дык Мань Фунг Московский физико-технический институт, Российская Федерация, 117303, Москва, ул. Керченская, 1 https://orcid.org/0009-0004-5772-5667
Евгений Павлович Шешин Московский физико-технический институт, Российская Федерация, 117303, Москва, ул. Керченская, 1

DOI:

https://doi.org/10.21638/spbu10.2024.205

Аннотация

Проведено сопоставление автоэмиссионных и структурных характеристик поверхностей ряда углеродсодержащих материалов, в том числе и наноструктурированных, перспективных для использования при создании автокатодов со стабильными эмиссионными характеристиками. Исследовались волокна из углеродных нанотрубок (УНТ-волокно), полиакрилонитрильные волокна, образцы пиролитического графита и мелкозернистого плотного графита (МПГ-6). Структура поверхности образцов изучалась до и после их работы в качестве автокатода с помощью оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Результаты сопоставлялись с вольтамперными характеристиками соответствующих катодов. Оптическая и электронная микроскопия показала наличие крупномасштабных структурных перестроек катода и поверхности его материалов в процессе автоэмиссии, а анализ спектров комбинационного рассеяния (СКР) — мелкомасштабных. В спектральном диапазоне 1000–2000 см^-1в СКР кроме стандартно наблюдаемых характерных для углеродсодержащих материалов линий с максимумами частот в диапазонах 1363–1374 см^-1(линия D), 1581–1599 см^-1(линия G), 1619–1626 см^-1(линия D') обнаружена линия в интервале 1450–1480 см^-1для пиролитического графита и УНТ-волокна до и после эксплуатации, а для МПГ-6 — после эксплуатации этих материалов в качестве автокатодов. Обсуждены изменения в СКР относительной интегральной интенсивности линии D, которая увеличивается для пиролитического графита и УНТ-волокна и уменьшается для МПГ-6 в процессе их эксплуатации как автокатодов. Величина относительной интегральной интенсивности линии D использована для оценок размеров кристаллитов и их изменений в ходе автоэмиссии, что обосновывает возможность применения СКР для контроля структуры поверхности углеродсодержащих материалов и анализа связи структуры поверхности и ее эмиссионных характеристик. Обсуждены перспективы улучшения автоэмиссионных характеристик углеродсодержащих катодов.

Ключевые слова:

автоэмиссия, автоэмиссионный катод, ток автоэмиссии, вольтамперная характеристика, оптическая микроскопия, растровая (сканирующая) электронная микроскопия, спектры комбинационного рассеяния, углеродсодержащие материалы, наноструктурированные материалы, структура поверхности

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

Литература

Jmerik V., Kozlovsky V., Wang X. Electron-beam-pumped UVC emitters based on an (Al,Ga)N material system // Nanomaterials. 2023. Vol. 13. P. 1–42. https://doi.org/10.3390/nano13142080

Bugaev A. S., Kireev V. B., Sheshin E. P., Kolodyazhnyj A. Yu. Cathodoluminescent light sources: status and prospects // Physics-Uspekhi. 2015. Vol. 58 (8). P. 792–818.

Бугаев А. С., Ерошкин П. А., Романько В. А., Шешин Е. П. Маломощные рентгеновские трубки: современное состояние // Успехи физических наук. 2013. Т. 183. № 7. C. 727–740.

Белов К. Н., Бердников А. С., Киреев В. Б., Кундикова Н. Д., Просеков Д. Н., Фунг Д. М., Шешин Е. П. Спектры комбинационного рассеяния углеродных материалов, используемых в качестве катодов автоэмиссионных источников излучения // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. Математика. Механика. Физика. 2023. Т. 15. № 2. C. 41–47.

Jawhari T., Roid A., Casado J. Raman spectroscopic characterization of some commercially available carbon black materials // Carbon. 1995. Vol. 33. Iss. 11. P. 1561–1565.

Киреев В. Б., Шешин Е. П. Наноматериалы для эффективных автоэмиссионных катодолюминесцентных источников света, предназначенных для обеззараживания // Наукосфера. 2022. № 4 (1). C. 1–12.

Taikin A. Yu., Savichev I. A., Popov M. A., Anokhin E. M., Kireev V. B., Kosarev I. N., Sheshin E. P. Comparison and analysis of field emission characteristics of carbon cathodes based on PAN fiber and CNT filaments // Journal of Advanced Materials and Technologies. 2022. Vol. 7. N 1. P. 1–12.

Киреев В. Б., Шешин Е. П. Автоэмиссионные катодолюминесцентные лампы. II. Наноструктурированные материалы для автоэмиссионных катодов // Инженерные системы: Труды международной конференции. Москва, 6–8 апреля 2022 г. / под ред. М. Ю. Мальковой. М.: РУДН, 2022. С. 56–66.

References

Jmerik V., Kozlovsky V., Wang X. Electron-beam-pumped UVC emitters based on an (Al,Ga)N material system. Nanomaterials, 2023, vol. 13, pp. 1–42. https://doi.org/10.3390/nano13142080

Bugaev A. S., Kireev V. B., Sheshin E. P., Kolodyazhnyj A. J. Cathodoluminescent light sources: status and prospects. Physics-Uspekhi, 2015, vol. 58 (8), pp. 792–818.

Bugaev A. S., Eroshkin P. A., Romanko V. A., Sheshin E. P. Malomoshchnyye rentgenovskiye trubki: sovremennoye sostoyaniye [Low-power $X$-ray tubes: current state]. Advances in Physical Sciences, 2013, vol. 183, no. 7, pp. 727–740. (In Russian)

Belov K. N., Berdnikov A. S., Kireev V. B., Kundikova N. D., Prosekov D. N., Fung D. M., Sheshin E. P. Spektry kombinatsionnogo rasseyaniya uglerodnykh materialov, ispolzuyemykh v kachestve katodov avtoemissionnykh istochnikov izlucheniya [Raman spectra of carbon materials used as cathodes of field emission radiation sources]. Vestnik of South Ural State University. Series Mathematics. Mechanics. Physics, 2023, vol. 15, no. 2, pp. 41–47. (In Russian)

Jawhari T., Roid A., Casado J. Raman spectroscopic characterization of some commercially available carbon black materials. Carbon, 1995, vol. 33, iss. 11, pp. 1561–1565.

Kireev V. B., Sheshin E. P. Nanomaterialy dlya effektivnykh avtoemissionnykh katodolyuminestsentnykh istochnikov sveta, prednaznachennykh dlya obezzarazhivaniya [Nanomaterials for efficient field emission cathodoluminescent light sources intended for disinfection]. Naukosfera, 2022, no. 4 (1), pp. 1–12. (In Russian)

Taikin A. Yu., Savichev I. A., Popov M. A., Anokhin E. M., Kireev V. B., Kosarev I. N., Sheshin E. P. Comparison and analysis of field emission characteristics of carbon cathodes based on PAN fiber and CNT filaments. Journal of Advanced Materials and Technologies, 2022, vol. 7, no. 1, pp. 1–12.

Kireev V. B., Sheshin E. P. Avtoemissionnyye katodolyuminestsentnyye lampy. II. Nanostrukturirovannyye materialy dlya avtoemissionnykh katodov [Field emission cathodoluminescent lamps. II. Nanostructured materials for field emission cathodes]. Engineering systems: Proceedings of the International Conference. Moscow, April 6–8, 2022. Moscow, RUDN University Publ., 2022, pp. 56–66. (In Russian)