单晶LaB6阴极材料典型晶面的电子结构和发射性能研究

单晶LaB_6是一种理想的热发射和场发射阴极材料,其不同晶面表现出不同的发射性能.采用基于密度泛函理论的第一性原理计算分析了LaB_6单晶的(100),(110),(111),(210),(211)和(310)典型晶面的差分电子密度、能带结构和态密度,并对光学区熔法制备的高质量单晶LaB_6的上述典型晶面的热发射性能进行了测试.理论计算结果表明LaB_6各晶面结构的不同和电子结构的差异导致LaB_6发射性能具有各向异性,晶面内La原子的密度越大、费米能级进入导带越深、费米能级附近态密度越大及其在导带区域的分布宽度越宽、导带在费米能级附近分布越多,晶面的逸出功越低,发射性能越好.热发射测试结果表明,当阴极测试温度为1773 K,测试电压为1 k V时,(100),(110),(111),(210),(211)和(310)晶面的最大发射电流密度分别为42.4,36.4,18.4,32.5,30.5和32.2 A/cm^2,其中(100)晶面具有最佳的发射性能.

悬浮区域熔炼法制备REB6(LaB6、CeB6)单晶体及其表征

采用区域熔炼法成功制备出了高质量、高纯度、大尺寸的LaB6、CeB6单晶体。系统分析了制备过程中每个参数对晶体生长的影响,确定了晶体成长最佳工艺:(1)LaB6:转速为30r/min,生长速度为8～10mm/h,两次区熔;(2)CeB6:转速为30r/min,生长速度15～20mm/h,一次区熔。然后对晶体进行表征,主要方法有单晶衍射、断面扫描、拉曼衍射、摇摆曲线。由此可知悬浮区域熔炼法是制备高质量、高纯度、大尺寸REB6的最佳方法。

基于Micro-CT光机X射线源的单晶LaB_6阴极的制备及其性能研究

本文采用电化学腐蚀方法和聚焦离子束技术制备了单晶LaB_6针尖,借助电子扫描电镜对针尖进行微观形貌分析。在此基础上,研制热解石墨径向夹持直热式单晶La B6阴极,对其发射性能及其在Micro-CT应用进行研究。研究表明,单晶LaB_6阴极能够产生高亮度的电子束,提高了X射线亮度,提升了Micro-CT图像质量。

单晶LaB_6热阴极直流发射特性实验研究

实验利用二极管型电子枪研究了单晶LaB6热阴极的直流发射特性。阴阳极间距5mm,从直径为2mm发射体上测得175mA直流束流(阴极温度约为1870K、阴阳极电压6.5kV、空间电荷限制状态),电流密度为5.57A/cm2。采用Longo方程拟合直流发射电流,该方法比以往单纯用Child或RichardsonDushman公式更符合实际。实验还观测了阴极工作环境和表面状态对直流发射的影响,当真空度低于7×10-4Pa时,阴极发射能力逐渐下降,阴极表面碳、氧污染使发射体功函数升高。长时间加热后,石墨上会蒸镀LaB6,由此会造成热子电阻的下降。分析表明La原子补充不及时和表面气体吸附是影响直流发射能力的主要因素。

热电子阴极材料LaB6的单晶制备工艺与热发射性能研究

采用Al助熔剂法成功制备出高质量LaB6单晶,系统地研究了不同升降温速率对LaB6单晶生长的影响,确定了升降温速率对于LaB6单晶形状及尺寸的调控规律:在100℃/h升温,110℃/h降温速率条件下生长出的针状LaB6单晶比例最大;而在100℃/h升温,90℃/h降温速率条件下生长出的针状LaB6单晶尺寸最大,可达7 mm×0.133 mm×0.133 mm。同时,热电子发射性能测试表明制备的LaB6单晶具有良好的热电子发射性能。

电化学刻蚀法制备LaB_6场发射微尖锥阵列

采用电化学刻蚀方法,成功制备出单尖的六硼化镧、钼、钨及钨铼合金场发射冷阴极尖锥,并对这几种场发射单尖锥阴极的电子发射性能进行了测试比较。结果表明,LaB6作为场发射阴极,具有良好的发射性能和稳定性。在〈111〉面单晶LaB6基片上,用PECVD法沉积非晶硅作掩膜,制备出具有一定高度的LaB6微尖锥场发射阵列,结果发现,LaB6基底较为平整,尖锥阵列呈现出各向异性。该结论对LaB6材料在场发射阴极方面的进一步研究具有重要的指导意义。

悬浮区域熔炼法制备LaB_6单晶体与发射性能研究

采用区域熔炼法成功制备出了高质量,高纯度,大尺寸的LaB6单晶体.系统分析了制备过程中每个参数对LaB6单晶生长的影响,确定了晶体生长最佳工艺为:样品转速为30r/min,生长速度为8—10mm/h.分析了单晶LaB6(100)晶面的热电子发射性能,结果表明,当阴极温度为1873K时,最大热发射电流密度为44.36A/cm2;利用Richardson直线法求出了绝对零度逸出功和有效逸出功分别为1.99和2.59eV.场发射测试结果表明,单晶LaB6场发射单尖最大场发射电流密度达到4.9×106A/cm2,场发射因子为41500cm-1,表现出良好的场发射性能.因此单晶LaB6作为热阴极和冷阴极都具有很广阔的应用前景.