碳纳米管和天鹅绒阴极强流发射特性的对比研究

采用电泳沉积法、碳纳米管纸和化学气相沉积直接生长法制备了三种碳纳米管阴极.从强流发射性能、阴极等离子体膨胀、阴极起动、发射均匀性、工作稳定性以及脉冲放气特性等多个方面,对比研究了碳纳米管阴极和化纤天鹅绒阴极的强流发射特性.研究表明:碳纳米管阵列和碳纳米管纸阴极发射性能明显优于普通化纤天鹅绒,碳纳米管阴极发射性能与碳纳米管取向无关,管壁的缺陷发射对无序碳纳米管阴极强流发射具有重要贡献;碳纳米管阴极的起动场强约为普通化纤天鹅绒的2/3,电场上升率相同时碳纳米管阴极比化纤天鹅绒阴极起动时间短12-17 ns;碳纳米管阴极发射均匀性优于化纤天鹅绒,尤其是碳纳米管阵列,整个阴极表面等离子体光斑致密且均匀;在二极管本底气压为6×10-3 Pa时,碳纳米管纸阴极对应的二极管峰值气压不到0.3 Pa,约为普通化纤天鹅绒阴极的1/5,碳纳米管阵列阴极放气量在三种阴极中最少,仅为0.042 Pa.结果表明,碳纳米管阴极在强流电子束源和相关高功率微波器件领域具有潜在的应用价值.