CN112117170A - 一种石墨烯覆膜钨基热阴极及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯覆膜钨基热阴极及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112117170A
CN112117170A CN202011099956.3A CN202011099956A CN112117170A CN 112117170 A CN112117170 A CN 112117170A CN 202011099956 A CN202011099956 A CN 202011099956A CN 112117170 A CN112117170 A CN 112117170A
Authority
CN
China
Prior art keywords
graphene
tungsten
layer
coated
adhesive tape
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011099956.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112117170B (zh
Inventor
樊鹤红
龚雪
董成坤
孙小菡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN202011099956.3A priority Critical patent/CN112117170B/zh
Publication of CN112117170A publication Critical patent/CN112117170A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112117170B publication Critical patent/CN112117170B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02Main electrodes
    • H01J1/13Solid thermionic cathodes
    • H01J1/14Solid thermionic cathodes characterised by the material
    • H01J1/146Solid thermionic cathodes characterised by the material with metals or alloys as an emissive material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/04Manufacture of electrodes or electrode systems of thermionic cathodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/04Manufacture of electrodes or electrode systems of thermionic cathodes
    • H01J9/042Manufacture, activation of the emissive part

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

本发明公开了一种石墨烯覆膜钨基热阴极,包括石墨烯层和钨基阴极层,钨基阴极层的上表面覆石墨烯层,钨基阴极层下设置灯丝。制备方法包括以下步骤:(1)制备表面光滑的钨基体;(2)在钨基体上覆石墨烯层;(3)装配阴极热子组件。本发明提出了一种结构简单、制备容易而发射性能优良的金属覆膜钨基热阴极,仿真表明其在表面覆单层石墨烯的情况下表面功函数为1.745eV。

Description

一种石墨烯覆膜钨基热阴极及其制备方法
技术领域
本发明涉及微波真空电子技术领域,具体为一种石墨烯覆膜钨基热阴极及其制备方法。
背景技术
真空电子器件由于其具有高频率、高输出功率等特点,已广泛用于通信、显示、医用CT、无损检测、粒子加速器、自由电子激光器、电子显微镜等各类功率微波***、精密检测设备等各类设备和***中。阴极作为真空微电子器件的电子源,其发射能力直接影响器件和***的性能指标。热阴极拥有发射电流大、工作寿命长等显著优点,得到了广泛的应用。进一步提升阴极发射能力或延长阴极寿命是阴极一直的发展方向,而简化阴极制备对降低成本和提升可靠性具有重要的意义。
钡钨阴极是当前应用最为广泛的热阴极,其中M型阴极是具有较好的发射能力和寿命的一类阴极,其通过在B型或S型阴极表面覆一层锇或铱或钌薄膜实现更低的逸出功,改善发射能力,但M型阴极表面功函数取决于阴极表面膜层成分和表面Ba覆盖率,因此发射性能受热态工作条件***极表面膜层和基底金属的互扩散、及活性物质蒸发速率等的综合影响,造成阴极表面逸出功的变化和相同工作条件下发射电流密度的变化,是阴极寿命的主要限制因素。浸渍钡钨阴极发射性能较好,但制备工艺比较复杂,钨海绵体的孔隙度及其均匀性及其在工作过程中的变化会影响Ba表面覆盖率及其均匀性,从而影响发射特性,因此在对制备工艺和工作条件有较高的要求。
就场发射冷阴极而言,有通过吸附多孔的石墨烯薄膜结构来提高边缘比例从而提高电流发射能力的场发射阴极;类似的有利用碎化的μm到mm级厚度石墨烯置于基础阴极表面,利用其多发射边缘和发射点的特点制备弧形爆发式电子阴极的方案。但冷阴极发射均匀性和稳定性相比热阴极都有明显差距,实用化程度和适用范围仍相对较窄。
发明内容
发明目的:为了改善热阴极发射性能,并简化制备工艺,提升工作稳定性,本发明的目的是提供一种提升发射能力和工作稳定性的石墨烯覆膜钨基热阴极,本发明的另一目的是提供一种工艺简单的石墨烯覆膜钨基热阴极的制备方法。
技术方案:一种石墨烯覆膜钨基热阴极,包括石墨烯层和钨基底层,所述钨基底层的上表面覆所述石墨烯层,所述钨基底层下设置灯丝。
进一步的,所述石墨烯层为单层或双层石墨烯。
进一步的,所述钨基底层为钨或钨锇合金或掺杂碳的钨材料构成。
进一步的,还包括栅极,所述栅极采用环形或网状结构,所述栅极与所述石墨烯层之间通过绝缘介质层或真空进行隔离。
一种石墨烯覆膜钨基热阴极的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:制备表面光滑的钨基体;
步骤2:在钨基体上覆石墨烯层;
步骤3:装配阴极热子组件。
进一步的,所述步骤2采用干法转移或湿法转移的方法实现。
进一步的,采用干法转移的方法实现步骤2,包括如下具体步骤:
步骤201:在铜基底上生长石墨烯层或采用铜基石墨烯片产品进行转移;
步骤202:在铜基底上生长石墨烯层的一侧或铜基底石墨烯片生长石墨烯的一侧覆热释放胶带,然后通过FeCl3腐蚀溶液腐蚀,去除铜基底而保留热释放胶带上的石墨烯,再将覆有石墨烯的热释放胶带在去离子水中清洗,烘干,得到石墨烯-热释放胶带膜;
步骤203:在温控台上放置所述石墨烯-热释放胶带膜,将所述步骤1制备的钨基体倒置在所述石墨烯-热释放胶带膜的石墨烯层上,然后控制温控台温度达到热释放胶带所需的热剥离温度,热释放胶带失去粘性,将热释放胶带从所述钨基体上取开,石墨烯即附着在所述钨基体表面。
有益效果:本发明和现有技术相比,具有如下显著性特点:
1、本发明的热阴极具有良好的发射能力和稳定性:石墨烯覆膜钨基热阴极选择在钨(100)晶面,截断能400eV,真空层1.2nm的条件下进行仿真,仿真结果为覆单层石墨烯时阴极表面的功函数为1.745eV,覆双层石墨烯时仿真结果为1.988eV。
现有文献表明目前覆Os膜M型阴极的功函数在1.8eV以上(如实测1.87eV);因此本发明所提出的石墨烯覆膜钨基热阴极在覆单层石墨烯的情况下发射性能可好于现有M型阴极。经验表明,热阴极工作温度每降低10℃,工作寿命约可提高一倍。因此,低功函数阴极在相同发射电流密度对应工作温度的下降可以有效提升寿命,或在相同工作温度条件下可以有更高的发射电流密度。
2、由于该石墨烯覆膜钨基热阴极的发射性能不依赖于阴极内部活性物质的蒸发速率及阴极表面膜层内材料组分的含量(如W-Os比例),也不像冷阴极一样依赖于表面粗糙度或表面尖锐程度,因此可以实现良好的发射均匀性、和更好的发射稳定性。
3、该阴极的工作由于不需要活性物质Ba的参与、因此其制备方法相比常规钡钨阴极的制备过程省略了制备海绵体、浸渍、扩散等步骤,简化了制备工艺,相比覆石墨烯钡钨阴极的制备而言,其不仅可以使用干法转移石墨烯,也可以利用湿法转移的方式实现石墨烯覆膜。
附图说明
图1是本发明的热阴极结构以及与阳极的相对结构示意图;
图2是本发明结构中支撑筒与热阴极的位置关系示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
实施例1
如图1所示,一种石墨烯覆膜钨基热阴极,包括石墨烯层1和钨基底层2,钨基底层2的上表面覆单层石墨烯层1。如图2的俯视结构所示,石墨烯层-钨阴极层复合结构3置于支撑筒4内,通过支撑筒4的侧壁固定,支撑筒4内的钨基底层2下方设置灯丝5,形成热阴极。钨基底层2和灯丝5之间可直接相连,亦可添加间隔层7。阳极6相对热阴极设置,位于热阴极上方,位置关系如图1所示。热阴极以及阳极6可以采用平板型结构,亦可采用曲面结构。
上述石墨烯覆膜钨基热阴极的制备方法,包括如下步骤:
步骤1:制备表面光滑的钨基体。
步骤2:采用干法转移的方法在钨基体上覆石墨烯层,包括如下具体步骤:
步骤201:在铜基底上生长石墨烯层或采用铜基石墨烯片产品进行转移;
步骤202:在铜基底上生长石墨烯层的一侧或铜基底石墨烯片生长石墨烯的一侧覆热释放胶带,然后通过FeCl3腐蚀溶液腐蚀,去除铜基底而保留热释放胶带上的石墨烯,再将覆有石墨烯的热释放胶带在去离子水中清洗,烘干,得到石墨烯-热释放胶带膜;
步骤203:在温控台上放置石墨烯-热释放胶带膜,将步骤1制备的钨基体倒置在石墨烯-热释放胶带膜的石墨烯层上,然后控制温控台温度达到热释放胶带所需的热剥离温度,热释放胶带失去粘性,将热释放胶带从所述钨基体上取开,石墨烯即附着在钨基体表面。
步骤3:装配阴极热子组件。
实施例2
与实施例1的区别仅在于,本实施的石墨烯覆膜钨基热阴极的采用钨锇合金阴极层,且在热阴极表面附加栅极来对热阴极表面发射进行调节,栅极采用环形或网状结构,栅极与石墨烯层1之间通过绝缘介质层或真空进行隔离。通过调节该栅极的电压,可以实现对阴极发射能力的调节。
实施例3
与实施例1的区别仅在于,本实施的石墨烯覆膜钨基热阴极的采用掺杂碳的钨阴极层,且石墨烯层1为双层石墨烯;在制备过程中,采用湿法转移的方法实现在钨基体上覆石墨烯层。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种石墨烯覆膜钨基热阴极,其特征在于:包括石墨烯层和钨基底层,所述钨基底层的上表面覆所述石墨烯层,所述钨基底层下设置灯丝。
2.根据权利要求1所述的石墨烯覆膜钨基热阴极,其特征在于:所述石墨烯层为单层或双层石墨烯。
3.根据权利要求1或2所述的石墨烯覆膜钨基热阴极,其特征在于:所述钨基底层为钨或钨锇合金或掺杂碳的钨材料构成。
4.根据权利要求1或2所述的石墨烯覆膜钨基热阴极,其特征在于:还包括栅极,所述栅极采用环形或网状结构,所述栅极与所述石墨烯层之间通过绝缘介质层或真空进行隔离。
5.一种石墨烯覆膜钨基热阴极的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:制备表面光滑的钨基体;
步骤2:在钨基体上覆石墨烯层;
步骤3:装配阴极热子组件。
6.根据权利要求5所述的一种石墨烯覆膜钨基热阴极的制备方法,其特征在于,所述步骤2采用干法转移或湿法转移的方法实现。
7.根据权利要求6所述的一种石墨烯覆膜钨基热阴极的制备方法,其特征在于,采用干法转移的方法实现步骤2,包括如下具体步骤:
步骤201:在铜基底上生长石墨烯层或采用铜基石墨烯片产品进行转移;
步骤202:在铜基底上生长石墨烯层的一侧或铜基底石墨烯片生长石墨烯的一侧覆热释放胶带,然后通过FeCl3腐蚀溶液腐蚀,去除铜基底而保留热释放胶带上的石墨烯,再将覆有石墨烯的热释放胶带在去离子水中清洗,烘干,得到石墨烯-热释放胶带膜;
步骤203:在温控台上放置所述石墨烯-热释放胶带膜,将所述步骤1制备的钨基体倒置在所述石墨烯-热释放胶带膜的石墨烯层上,然后控制温控台温度达到热释放胶带所需的热剥离温度,热释放胶带失去粘性,将热释放胶带从所述钨基体上取开,石墨烯即附着在所述钨基体表面。
CN202011099956.3A 2020-10-15 2020-10-15 一种石墨烯覆膜钨基热阴极及其制备方法 Active CN112117170B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011099956.3A CN112117170B (zh) 2020-10-15 2020-10-15 一种石墨烯覆膜钨基热阴极及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011099956.3A CN112117170B (zh) 2020-10-15 2020-10-15 一种石墨烯覆膜钨基热阴极及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112117170A true CN112117170A (zh) 2020-12-22
CN112117170B CN112117170B (zh) 2024-02-06

Family

ID=73793964

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011099956.3A Active CN112117170B (zh) 2020-10-15 2020-10-15 一种石墨烯覆膜钨基热阴极及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112117170B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114203930B (zh) * 2021-12-09 2023-05-30 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 阴极、有机发光二极管及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001357810A (ja) * 2000-06-12 2001-12-26 Denki Kagaku Kogyo Kk 電子放射陰極の使用方法
CN202996762U (zh) * 2012-12-03 2013-06-12 南京三乐电子信息产业集团有限公司 一种小型化耐冲击快热阴极热丝组件
CN108251734A (zh) * 2016-12-28 2018-07-06 北京有色金属研究总院 一种热阴极用钨基体及其制备方法
US10679816B1 (en) * 2016-07-08 2020-06-09 Triad National Security, Llc Thermionic cathode with a graphene sealing layer and method of making the same
CN111613496A (zh) * 2020-06-08 2020-09-01 东南大学 一种石墨烯覆膜钡钨阴极及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001357810A (ja) * 2000-06-12 2001-12-26 Denki Kagaku Kogyo Kk 電子放射陰極の使用方法
CN202996762U (zh) * 2012-12-03 2013-06-12 南京三乐电子信息产业集团有限公司 一种小型化耐冲击快热阴极热丝组件
US10679816B1 (en) * 2016-07-08 2020-06-09 Triad National Security, Llc Thermionic cathode with a graphene sealing layer and method of making the same
CN108251734A (zh) * 2016-12-28 2018-07-06 北京有色金属研究总院 一种热阴极用钨基体及其制备方法
CN111613496A (zh) * 2020-06-08 2020-09-01 东南大学 一种石墨烯覆膜钡钨阴极及其制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114203930B (zh) * 2021-12-09 2023-05-30 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 阴极、有机发光二极管及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112117170B (zh) 2024-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1402951A1 (en) Conductive catalyst particle and its manufacturing method, gas-diffusing catalyst electrode, and electrochemical device
JP6927870B2 (ja) 燃料電池用電極触媒
US20030111946A1 (en) FED cathode structure using electrophoretic deposition and method of fabrication
US20050134167A1 (en) Thermoelectric transducer, a manufacturing method thereof, a cooling device using the same, and a method for controlling the cooling device
JP2003500803A (ja) ハイブリッド膜電極集合体
KR101164874B1 (ko) 저온 전사법을 이용한 막전극접합체 제조방법, 이에 따라제조된 막전극접합체 및 이를 이용한 연료전지
CN111224137B (zh) 一种质子交换膜燃料电池的双功能有序化膜电极
CN108774459A (zh) 一种涂层及其制备方法、电池电极
CN112117170A (zh) 一种石墨烯覆膜钨基热阴极及其制备方法
CN104217907A (zh) 石墨烯场发射阴极制备方法及石墨烯场发射阴极
CN104511276A (zh) 氧还原反应催化剂
CN109546076A (zh) 一种三明治结构型锂硫电池正极片的制备方法
CN111613496B (zh) 一种石墨烯覆膜钡钨阴极及其制备方法
JP4919953B2 (ja) ガス拡散媒体上に貴金属コーティングを形成するための方法、ガス拡散電極、及び電極アセンブリー
CN111607364B (zh) 石墨烯导热材料、其制备方法及电子设备
US20140255701A1 (en) Diamond-like carbon film and method for fabricating the same
US3322576A (en) Plural coated fuel cells electrode and electroplating method for making same
CN113035995A (zh) 用于硅异质结太阳电池的ito薄膜的制备方法
JP6654586B2 (ja) 燃料電池電極用触媒層及びその製造方法
CN110777411B (zh) 石墨烯纸-金属复合材料的制备方法
Wu et al. Ru-doped Ta 2 O 5 supported Pt nanoparticles: an efficient electrocatalyst for methanol oxidation
CN110777355B (zh) 原位复合的金属网格石墨烯复合功能薄膜及其制备方法
WO2021022337A1 (en) A solid-state supercapacitor and a process for producing a solid-state supercapacitor
CN208562507U (zh) 一种磁控溅射平面阴极
CN111584828A (zh) 一种锂离子电池硅/金属复合薄膜负极结构及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant