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碳纳米管场发射过程中的阴极电子发散角调控研究

Regulation of Field Emission Angle in a Carbon Nanotube Cold Cathode

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【作者】 孙晓东; 李涌波; 夏志强; 王爱伟; 陈科; 周圣涵; 李驰; 赵立业; 李振军; 戴庆;

【Author】 SUN Xiao-dong;LI Yong-bo;XIA Zhi-qiang;WANG Ai-wei;CHEN Ke;ZHOU Sheng-han;LI Chi;ZHAO Li-ye;LI Zhen-jun;DAI Qing;CAS Key Laboratory of Standardization and Measurement for Nanotechnology, National Center for Nanoscience and Technology;School of Instrument Science and Engineering, Southeast University;

【通讯作者】 李振军;

【机构】 国家纳米科学中心中国科学院纳米标准与检测重点实验室; 东南大学仪器科学与工程学院;

【摘要】 碳纳米管(Carbon Nanotubes, CNTs)是一种重要的冷阴极电子发射材料,然而在场发射过程中由于碳纳米管表面起伏的影响使得电子发射方向具有一定发散,而发散角的大小影响电子在真空中的运动方向和电子束的聚焦尺寸。因此,通过粒子仿真与电子束的荧光成像实验相结合的方法,研究设计出一种具有凹槽结构的CNTs,探究了电子发散角在不同凹槽深度下的变化规律,有效地减小了电子束的发散角。特别是当阴极低于凹槽顶面时,电子发散角小于10°,具有良好的方向性,可应用于各类高性能电子枪。

【Abstract】 Carbon nanotubes(CNTs) represent a significant class of cold cathode electron emission materials. However, CNTs exhibit dispersed electron emission directions in field emission, and the emission angle influences the trajectory of electrons in vacuum and the focusing size of electron beams. To address this problem, this study employs a combination of particle simulations and fluorescence imaging experiments of electron beams to investigate and design a CNTs cathode with groove structure. The variation in electron emission angle with different groove heights is explored, so as to optimize the structure and reduce the divergence angle of the electron beam. Notably, when the cathode is positioned below the top surface of the groove, the electron emission angle is less than 10°, demonstrating excellent directionality. The research makes CNTs suitable for various high-performance electron guns.

【基金】 国家重点研发计划项目(2021YFC2802000);国家自然科学基金(52372141;51925203;52222207);中国科学院战略性先导研究计划(XDB36000000);中国科学院技术支撑人才项目资助
  • 【文献出处】 真空电子技术 ,Vacuum Electronics , 编辑部邮箱 ,2025年03期
  • 【分类号】TB383.1;TQ127.11
  • 【下载频次】9
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