ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Энергетическое распределение автоэлектронов (ПО). 3.3. Вопросы долговечности из "Структура поверхности и автоэмиссионные свойства углеродных материалов " При проведении экспериментов со свежеприготовленными образцами полиакрилонитрильных углеродных волокон было обнаружено [157, 158], что их вольт-амперные характеристики, построенные в координатах Фаулера—Нордгейма, имеют изломы (отклонения) в сторону меньших токов. Типичная характеристика дана на рис. 3.1, там же приведены снимки визуально наблюдаемых на экране авто-эмиссионных изображений углеродного волокна. Из анализа картин следует, что рабочая поверхность эмиттера имеет явно выраженный нерегулярный характер с хаотическим нагромождением эмиттирую-щих микровыступов [159]. [c.102] Изломы характеристик можно объяснить тем, что при ручной съемке характеристик катода во время повышения напряжения происходит перестройка поверхности (при больших токах и, соответственно, напряжениях), что хорошо иллюстрируется фотографиями на рис. 3.1. Такая перестройка вызывает сдвиг вольт-амперных характеристик в сторону больших напряжений. [c.102] Наряду с перестройкой поверхности углеродного волокна происходит и ее разрушение (удаление слабо связанных кристаллитов) под действием ионной бомбардировки и пондеромоторных нагрузок. [c.102] Типичные фотографии рабочей поверхности углеродного волокна до и после работы, сделанные в растровом электронном микроскопе, показаны на рис. 3.2. [c.104] При длительной работе в условиях высокого технического вакуума вследствие ионной бомбардировки происходит заострение волокна и, как следствие этого, уменьшение количества фибрилл, выходящих на торцевую поверхность волокна (рис. 3.2б) (здесь говорится о неформованных катодах). Это приводит к смещению вольт-амперных характеристик влево, т. е. в область более высоких напряжений. [c.104] Все рассмотренные выше механизмы рассматривают автокатод как жесткую систему, не учитывая того, что величина пондеромо-торных нагрузок на эмиттирующих микровыступах при больших токах близка к порогу разрушения. [c.107] Модуль Юнга для фибрильного волокна равен 2 10 Па, предел прочности при растяжении — 3 10 Па [36], т. е. относительное удлинение может достигать 1,5 %. Растяжение отдельных микровыступов в процессе работы должно приводить к локальным обратимым изменениям форм-фактора. При этом для неотформованного катода абсолютное удлинение микровыступов может быть больше, чем для отформованного, т. к. при механической обработке нарушается связь между отдельными кристаллитами и в роли основания для них выступают более глубокие слои материала. [c.107] Особенности распределения автоэлектронов по полным энергаям автокатода из полиакрилонитрильного углеродного волокна в вакууме 10 мм рт. ст. приведены в [170]. [c.110] Т = 330 К до AEq = 1,22 эВ при Т = 1520 К. По результатам исследований был сделан вывод, что расширение энергетического спектра автоэлектронов, эмиттированных из холодного и подогретого катодов на основе углеродного волокна, имеет одну и ту же причину и наиболее вероятной причиной названо кулоновское взаимодействие электронов в эмиссионном пучке. [c.111] В работе [174] исследовались энергетические спектры автоэлектронов и вольт-амперные характеристики автокатода из углеродного волокна. Исследования проводились в диапазоне токов катода от 5 нА до 50 нА, что соответствовало увеличению анодного напряжения от 950 В до 1100 В. При минимальном значении тока была измерена A q,5 = эВ. При токе около 20 нА в спектре появлялся второй, высокоэнергетический максимум, который с ростом тока катода возрастал и при максимальном значении тока даже превосходил по величине основной максимум. При этом расстояние между максимумами оставалось приблизительно постоянным — около 0,3 эВ. Одновременно ширина энергетического спектра на полувы-соте возрастала от 0,24 эВ до 0,5 эВ. Кроме того, энергетический спектр эмиттированных электронов смещался относительно уровня Ферми основного материала катода в сторону более низких энергий, и величина смещения зависела от приложенного к вакуумному промежутку напряжения. При возрастании полного тока от 0,1 нА до 100 нА сдвиг спектра от E , составлял 0,3—0,6 эВ. Вертикальное и горизонтальное смещение эмиттера в пределах 50 мкм изменяло полную величину электронного сигнала, но не искажало формы и положения энергетического спектра относительно р основного материала. Вольт-амперная характеристика в диапазоне токов 5—50 нА была прямолинейна. Была зарегистрирована фоточувствительность тока автокатода с нижним порогом чувствительности 470 нм, наблюдалось электролюминесцентное свечение острия катода. [c.113] В соответствии с моделью полевая эмиссия электронов ПАН УВ-катода с реальной поверхностью начинается с низкоэнергетических поверхностных электронных состояний, а основной высокоэнергетический максимум появляется после саморазогрева и очистки поверхности эмиттирующего кристаллита при его самопроизвольной перестройке. Именно по этой причине расстояние между максимумами одинаково при самопроизвольной перестройке катода с реальной и с чистой поверхностью, когда в первом случае в спектре появляется высокоэнергетический максимум, а во втором — низкоэнергетический. [c.115] Данная модель устанавливает жесткую взаимосвязь нормального и аномального энергетического спектра автоэлектронов через явление самопроизвольной перестройки эмиттирующего кристаллита. Переход кристаллита после прогрева из состояния с большей плотностью упаковки атомов в состояние с меньшей плотностью упаковки, соответствующее нормальному энергетическому спектру автоэлектронов, вызывает аналогию и предположение, что эти два состояния кристаллита являются проекцией двух типов кристаллической решетки графита — ромбоэдрической и гексагональной. [c.115] Поскольку полный ток углеграфитового автокатода обусловлен эмиссией электронов из большого количества кристаллитов на поверхности катода, предлагаемая модель с помощью явления самопроизвольной перестройки эмиттирующих кристаллитов позволяет объяснить излом вольт-амперной характеристики полного тока при высоких напряжениях эмиссии началом самопроизвольной перестройки кристаллитов на эмиссионной поверхности катода и суперпозицией потоков электронов, эмиттированных из нормальных и перестроенных кристаллитов. [c.116] Долговечность автокатода является одним из основных параметров, по которым определяется практическая пригодность катода. Количественное теоретическое описание автокатода из углеродных волокон отсутствует в связи с крайней сложностью его структуры и неопределенностью многих рабочих параметров. Поэтому в начале этого раздела предлагается вариант количественной оценки срока службы автокатода из углеродного волокна [176], т. е. оценка времени, за которое средний эмиссионный ток при постоянном рабочем напряжении уменьшается до определенного выбранного значения. [c.116] Объект расчетов представляет собой углеродную нить диаметром d = 2г — 5—50 мкм, составленную в свою очередь из тонких фибрилл толщиной 2го = 20—50 А и длиной 250—1000 А [36]. Рабочая поверхность автокатода представляет собой торец углеродной нити с выходящими на его поверхность концами фибрилл, являющимися эмиссионными центрами. [c.116] В процессе токоотбора под действием ионной бомбардировки рабочего типа происходит усадка волокна по длине, вследствие чего увеличивается межэлектродное расстояние. Это приводит к уменьшению напряженности электрического поля вблизи рабочей поверхности автокатода и уменьшению отбираемого тока при неизменном анодном напряжении. При этом предполагается, что вследствие большой длины фибрилл при уседании волокна характер распределения эмиттирующих микровыступов по поверхности и их общее количество сохраняются. [c.116] С учетом спектрального состава остаточных газов, характерного для приемно-усилительных ламп, примем эффективный потенциал ионизации равным /j = 22,25 В [179]. Работоспособность катода будем оценивать по уровню падения тока на 1/V2 первоначальной величины. Тогда с = 0,707. [c.119] Вернуться к основной статье