面向深空探测任务的长寿命碳纳米管阴极研究

针对深空探测对长寿命碳纳米管场发射阴极的应用需求,从CNTs场发射阴极失效的机制分析出发,提出了长寿命CNTs场发射阴极的性能优化方案。采用图形化设计的CNTs发射簇结构可有效降低CNTs发射体表面的场强屏蔽效应,提升阴极的有效发射面积,避免电流集中于部分CNTs从而引起热量累积。提出一种转移键合工艺,将CNTs发射体与衬底的接触由分子力维持转变为金属层熔融键合,提高阴极的机械稳定性并降低了电/热阻抗。在高真空环境下对样机进行性能测试,优化后的CNTs场发射阴极样机实现了0~1 mA的电流范围、<2μA的电流分辨率与1μA/Hz^(1/2)@0.01~1 Hz的噪声水平,并通过了>550 h的连续发射试验,证明了阴极优化后的长周期稳定性。