[实用新型]一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极

说明书

本实用新型公开了一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极，包括管状的SrTiO3陶瓷阴极本体，所述阴极本体的侧面附有碳纳米管粘合形成的发射层。采用本实用新型的一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极，发射阈值低、均匀，提高了发射寿命。

技术领域

本实用新型涉及一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极，属于相对论电真空器件技术领域。

背景技术

相对论电真空器件向高功率、高重复频率、小型化与长寿命方向发展。电子束为束、波互作用能量源头，在一定重复频率下需要满足发射均匀、稳定、电子束密度至少大于1kA/cm2的要求，其要求阴极在高压脉冲电源的驱动下直接发射电子且发射阈值低与性能稳定的强流冷阴极。常用强流阴极为场致爆炸发射阴极，阴极表面晶须在电场增强作用下场致发射，晶须被迅速加热，结合热场发射晶须爆炸产生等离子体，电子束在电场作用下从表面等离子体中被拉出产生新的晶须，所以发射阈值与电子温度相对很高、等离子体膨胀速度快，在电场屏蔽、新旧晶须分布不均匀的影响下，电子发射不均匀，易造成局部烧蚀，影响发射稳定性。

除了爆炸发射以外，沿面闪络等离子体阴极是重要的发展方向。其等离子体的产生主要是由于脱吸附气体在初始场致发射电子下的电离。强流碳纳米管中空结构和大比表面积，容易吸附气体分子，其受电子轰击后容易释放出来，沿面闪络几率增大，电子温度与等离子体速度随之降低。另外，其准一维几何特性(大长径比)可以提供较大电场增强系数，所以碳纳米管阴极有用高功率应用优点。

电场增强作用除了几何增强外，还有介质增强。为了进一步提高阴极闪络几率，增大碳纳米管基底介电常数是有效手段。但是电场增强系数过大，电场作用下应力释放影响碳纳米管形变回复。现阶段常规工艺碳纳米管薄膜阴极由于界面结合力的原因，强流重复频率发射稳定性欠佳，发射次数及其有限。钛酸锶陶瓷介电常数适中、温度稳定性好。

发明内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极，本实用新型发射阈值低、均匀，提高了发射寿命。

本实用新型采用的技术方案如下：

一种强流重复频率钛酸锶—碳纳米管介质阴极，包括管状的SrTiO3陶瓷阴极本体，所述阴极本体的侧面附有碳纳米管粘合形成的发射层。

本实用新型中，SrTiO3陶瓷介质电场增强、绝缘特性以及碳纳米管吸附与解吸附特性，致使表面闪络概率大为提高，电子温度与等离子体膨胀速度随之减低；SrTiO3介电常数大小适中、温度稳定性较好，故相比其它碳纳米管介质阴极本实用新型阴极发射更稳定；碳纳米管均匀稳定的分布于阴极本体侧面，形成稳定的碳纳米管发射层，从而在不改变碳纳米管发射特性的基础上，使强流重复频率稳定发射性能更好、发射寿命更高。

进一步的，所述发射层的厚度均匀。

在上述方案中，发射层厚度均匀，最后发射的电子束才会均匀。

进一步的，所述发射层的厚度为0.1-0.5mm。

进一步的，所述发射层与阴极本体之间设有过渡层。

进一步的，所述过渡层材质为玻璃相陶瓷添加剂，具体为SiO2-B2O-ZnO玻璃粉。

在上述方案中，通过设置过渡层，使发射层更好的锚定在阴极本体上，使发射层更稳定；并且使发射层的表面电阻显著提高，致使表面闪络概率大为提高，电子温度与等离子体膨胀速度随之减低；陶瓷与碳纳米管的热传导系数不同，烧结发射层容易开裂，通过玻璃相陶瓷添加剂过渡层，在烧结过程中发射层不开裂。

进一步的，所述发射层完全覆盖阴极本体的侧面。

在上述方案中，完全覆盖阴极本体侧面，施加电压后，发射层才会更好的发射电子束。

进一步的，所述碳纳米管为多壁碳纳米管。