Исследование структурных и автоэмиссионных характеристик нанографитных холодных катодов

• Автор: Смольникова, Елена Александровна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Автоэлектронная эмиссия из наноуглеродных материалов (Литературный обзор)

§1. Общие сведения об автоэлектронной эмиссии

1.1. Теория автоэлектронной эмиссии из металлов и полупроводников

1.2. Автоэлектронная эмиссия из наноразмерных эмиттеров

§2. Особенности автоэлектронной эмиссии из наноуглеродных материалов

2.1. Автоэлектронная эмиссия из алмазоподобных материалов

2.2. Автоэлектронная эмиссия из графитоподобных материалов

2.3. Особенности автоэлектронной эмиссии из углеродных нанотрубок

2.4. Особенности автоэлектронной эмиссии из нанографитных пленок

2.5. Особенности автоэлектронной эмиссии из графена
§3. Методы создания наноуглеродных холодных катодов
§4. Изменение структурных и эмиссионных характеристик холодных катодов в
процессе их эксплуатации
§5. Области применения наноуглеродных холодных катодов
Глава 2. Методика проведения эксперимента
§1. Получение углеродных пленок методом конденсации из газовой фазы
§2. Изготовление образцов катодов
§3. Методика исследования автоэмиссионных свойств нанографитных
материалов
§4. Методика исследования состава и структурно-морфологических свойств
образцов
§5. Методика термического окисления
§6. Методика атомно-слоевого осаждения
§7. Методы компьютерного моделирования
Глава 3. Экспериментальное исследование автоэлектронной эмиссии из
нанографитных материалов
§1. Автоэлектронная эмиссия из углеродных нанотрубок
§2. Автоэлектронная эмиссия из графена
§3. Автоэлектронная эмиссия из нанографитных пленок
§4. Сравнительный анализ автоэлектронной эмиссии из нанографитных материалов
Глава 4. Влияние условий эксплуатации на автоэмиссионные и структурные характеристики холодных катодов на основе нанографитных
пленок и примеры их практического применения
§1. Изменение структурных и автоэмнссионных свойств катодов в процессе их эксплуатации в различных режимах
1.1. Влияние уровня давления остаточных газов на автоэмиссионные характеристики катодов
1.2. Изменение автоэмнссионных характеристик катодов в процессе долговременной работы катодов
1.3. Изменение структурных свойств катодов в процессе их эксплуатации 97 §2. Исследование влияния термического окисления на структурные и
автоэмиссионные свойства нанографитных пленок
§3. Исследование структуры и автоэмнссионных свойств нанографитных
пленок, покрытых слоем оксида титана
§4. Примеры практического применения нанографитных холодных катодов
4.1. НГ катоды для катодолюминесцентных источников света
4.2. Электронная пушка для электрического паруса
Заключение
Список публикаций по результатам, представленным в работе
Список литературы

Введение
За последние три десятилетия был открыт и исследован ряд новых форм углерода (фуллерены, углеродные нанотрубки, графен и т.п.), представляющих собой структуры, характерный линейный размер которых в одном, двух или трех направлениях составляет несколько нанометров. Среди этих, ранее неизвестных образований, особый интерес вызывают углеродные наноструктуры с высоким аспектным отношением, которое делает их привлекательными для использования в качестве холодных (т.е. ненагреваемых) катодов. Явление автоэлектронной эмиссии, которое лежит в основе функционирования таких катодов, заключается в испускании электронов твердыми телами под действием сильного электрического поля. Наиболее известными и хорошо изученными автоэмиссионными структурами такого рода являются углеродные нанотрубки. Благодаря высокому аспектному отношению, а также характерной для них химической инертности, высокой проводимости и механической прочности, углеродные нанотрубки используются для создания автоэмиссионных катодов, которые могут демонстрировать стабильную и интенсивную эмиссию электронов при относительно низких значениях приложенного напряжения в условиях высокого вакуума. В ряде исследований продемонстрирована перспективность практического использования автокатодов на основе нанотрубок в различных областях вакуумной электроники. В тоже время было показано, что автокатоды на основе углеродных нанотрубок имеют целый ряд недостатков, которые существенно затрудняют их использование. В связи с этим в настоящее время значительные усилия прикладываются к разработке новых методов получения нанотрубок и изготовления на их основе автоэлектронных эмиттеров с улучшенными свойствами и новыми функциональными характеристиками, включая длительное время жизни и стабильность эмиссии, механическую гибкость, оптическую прозрачность и др.

баллистический транспорт и высокую подвижность носителей заряда, полуцелый квантовый эффект Холла и многие другие [45].
До последнего времени считалось, что такие обособленные двумерные структуры как графен не могут существовать, так как при любой конечной температуре тепловые флуктуации будут иметь амплитуды, сравнимые с межатомным расстоянием, что неминуемо должно вести к разрушению структуры и сегрегации атомов в трехмерные образования [61]. Однако в 2004 году исследовательская группа под руководством К. Новоселова и А. Гейма из университета г. Манчестера (Великобритания) получила изолированные моноатомные слои графена с помощью механического расщепления высокоориентнрованного пиролитического графита [62]. Кроме этого, теоретические исследования [63] продемонстрировали возможность стабилизации атомно-тонких мембран за счет взаимодействия между продольными и поперечными длинноволновыми фононами. При этом такая моноатомная пленка будет деформироваться в третьем измерении. Подобные деформации для подвешенного графенового листа действительно наблюдались экспериментально с помощью дифракции электронов в просвечивающем электронном микроскопе [64]. Было показано, что графен имеет волнистую структуру, высота волн может достигать ~1 нм, а их характерные поперечные размеры ~10 нм.
В настоящее время разработано большое количество методов получения графена. Наиболее распространенными способами являются механическое расщепление графита и метод конденсации из газовой фазы. Способ механического расщепления графита с помощью липкой ленты позволяет получать пленки графена размером не более нескольких микрометров [62], которые подходят для исследования свойств материала, однако для большинства практических применений необходимы однородные пленки больших размеров (до несколькшс см). Пленки такого размера возможно получить с помощью метода конденсации из газовой фазы [65].