專利名稱：彈道電子發(fā)射源及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米技術(shù)和電子束應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種彈道電子發(fā)射源及其制備方法。
背景技術(shù)：
彈道電子束是制造超強(qiáng)高亮度相干電子源的基礎(chǔ)。彈道電子是指在一維納米線中，電子輸運沒有發(fā)生散射，故保有電子的能量和相位，該一維材料呈零電阻特性。彈道電子束是基于短單壁碳納米管構(gòu)成的彈道電子發(fā)射源(Ballistic electron emission source)，故取英文名字為Beeser。Beeser具有Laser(激光)相似的特征，主要的是超強(qiáng)、高亮度、相干性和偏振性。
但現(xiàn)在沒有關(guān)于短單壁碳納米管彈道電子發(fā)射源結(jié)構(gòu)和制備方法的報道。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是在短單壁碳納米管的原子結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上提供一種超強(qiáng)高亮度相干彈道電子發(fā)射源。
本發(fā)明的目的還在于提供制備上述彈道電子發(fā)射源的方法。
技術(shù)方案本發(fā)明的彈道電子發(fā)射源，包括電導(dǎo)體絲，單壁碳納米管，電導(dǎo)體絲前端為針尖形；單壁碳納米管直徑為1-2納米，長度為10～100納米，并組裝在電導(dǎo)體絲的錐尖上；電導(dǎo)體絲與碳納米管交接處形成碳化物。
電導(dǎo)體絲的針尖曲率半徑為100納米-10微米。電導(dǎo)體絲材料選自鎢(W)，硅(Si)，鈦(Ti)或鈮(Nb)。
本發(fā)明的一種制備彈道電子發(fā)射源的方法，其步驟包括1)將電導(dǎo)體絲的前端制備成電導(dǎo)體絲針尖2)將直徑為1-2納米、長度為10～100納米、純度達(dá)到90％以上的單壁碳納米管進(jìn)行稀釋，直至到單壁碳納米管重量比在1％以下，并使之充分分離，均勻分布，得到碳納米管組裝溶液；3)將電導(dǎo)體絲針尖置于金屬片上方，將碳納米管溶膠液滴到針尖和不銹鋼片之間，然后將水分全部蒸發(fā)，使一個碳納米管組裝在針尖上；
4)在高真空條件下，加熱針尖，或用電子束轟擊針尖，在針尖與碳納米管交接處形成碳化物。
上述方法選用直徑0.3-0.5毫米的電導(dǎo)體絲，用電化學(xué)法將其前端腐蝕成曲率半徑為100納米-10微米的針尖；其電導(dǎo)體絲材料選自W，Si，Ti或Nb。
上述方法1)用化學(xué)氧化法切割長單壁碳納米管制備直徑為1-2納米、長度為10～100納米的單壁碳納米管，然后進(jìn)行提純和過濾，使單壁碳納米管的純度達(dá)到90％以上；2)用去離子水或無水乙醇制成重量比單壁碳納米管為1％的水溶膠體或乙醇膠體；3)將上述膠體置于細(xì)長石英管中密封存放四周以上，分離碳納米管長度，得到碳納米管源液；4)將源液用10倍的去離子水或乙醇稀釋，在容器中超聲處理20分鐘，使碳納米管充分分離，均勻分布，得到組裝溶液。
上述方法將金屬絲針尖垂直置于不銹鋼片上方，相距為1～2mm；用滴定管將碳納米管組裝溶液滴到針尖和不銹鋼片之間；在兩電極間加振幅為100伏左右頻率為5MHz左右的電壓，用500W左右紅外燈烘烤，直到水分全部蒸發(fā)，使一個碳納米管組裝在針尖上。
上述方法1)將組裝上碳納米管的電導(dǎo)體絲送入FEM/FIM系統(tǒng)；2)400℃左右條件下烘烤FEM/FIM系統(tǒng)10小時左右，使真空好于10-7帊(Pa)；3)通過與針尖接觸的鉬絲電流產(chǎn)生的焦耳熱加熱電導(dǎo)體絲，進(jìn)行氣體脫附，從500～1000℃，逐步提高脫附溫度，直至徹底脫附吸附氣體，并在針尖與碳納米管交接處形成碳化物；4)從FEM/FIM真空室中取出電導(dǎo)體絲，得到本發(fā)明的彈道電子發(fā)射源。
上述方法還對針尖的組裝進(jìn)行檢查，將組裝有短單壁碳納米管的針尖送入TEM的真空室中檢查碳納米管在針尖上的組裝情況。
本發(fā)明的另一種制備彈道電子發(fā)射源的方法，其步驟包括1)將電導(dǎo)體絲的前端制備成電導(dǎo)體絲針尖2)在上述針尖上電鍍催化劑納米粒子；
3)將縛有催化劑針尖置于石墨板孔中，在小于1000℃條件下，10-500升/分含碳?xì)怏w和氫氣流量氛爐中，其中含碳?xì)怏w和氫氣流量比為1∶2-1∶9，在針尖上用化學(xué)氣相沉積方法(CVD)生長直徑為1-2納米、長度為10～100納米的單壁碳納米管；5)在高真空條件下，加熱針尖，或用電子束轟擊針尖，在針尖與碳納米管交接處形成碳化物。
上述方法選用直徑0.3-0.5毫米的電導(dǎo)體絲，用電化學(xué)法將其前端腐蝕成曲率半徑為100納米-10微米的針尖；電導(dǎo)體絲材料選自W，Si，Ti或Nb。
上述方法的催化劑納米粒子選自鐵(Fe)，鈷(Co)，鎳(Ni)，釔(Y)。
上述方法1)將組裝上碳納米管的電導(dǎo)體絲送入FEM/FIM系統(tǒng)；2)400℃左右條件下烘烤FEM/FIM系統(tǒng)10小時左右，使真空好于10-7Pa；3)通過與針尖接觸的鉬絲電流產(chǎn)生的焦耳熱加熱電導(dǎo)體絲，進(jìn)行氣體脫附，從500～1000℃，逐步提高脫附溫度，直至徹底脫附吸附氣體，并在針尖與碳納米管交接處形成碳化物；4)從FEM/FIM真空室中取出電導(dǎo)體絲，得到本發(fā)明的彈道電子發(fā)射源。
上述方法還包括對針尖的生長進(jìn)行檢查，將生長有短單壁碳納米管的電導(dǎo)體絲送入TEM的真空室中檢查碳納米管在針尖上的組裝情況。積極效果本發(fā)明的彈道電子發(fā)射源經(jīng)處理在碳納米管與電導(dǎo)體絲交接處形成有利于電子傳輸?shù)奶蓟?，此碳化物連接了作為電子庫的電導(dǎo)體絲和作為彈道電子傳輸?shù)奶技{米管。當(dāng)這個結(jié)構(gòu)置于真空中，作為電陰極，在碳納米管前面裝有陽極，并相對陰極加正電壓時，就可以得到超強(qiáng)高亮度相干偏振電子束。
超強(qiáng)，單壁碳納米管，具有電子彈道輸運特性，即無電阻傳輸，理論預(yù)言每根單壁碳納米管可達(dá)1mA的電流，相應(yīng)的電流密度為～1010A/cm2。故在高脈沖電壓加速下Beeser可給出超強(qiáng)的能量束。
高亮度，主要指電子束能量是單色的，發(fā)射角很小。金屬性的碳納米管發(fā)射主要來自費米能級上的電子，因此電子能量分布處于很窄的范圍。由于發(fā)射源直徑很小(～1納米)，在較高的加速電壓下，發(fā)射角很小，故Beeser束是高亮度的。
相干束，電子在碳納米管中輸運是彈道性的，沒有發(fā)生散射，具有相位信息，所以Beeser是相干的。
偏振束，右旋單壁碳納米管傳輸右旋園偏振電子束；左旋的傳輸左旋園偏振電子束。這樣，Beeser具有可控電子自旋特性，給出偏振電子束。
如果Laser是20世紀(jì)的偉大發(fā)現(xiàn)，給科學(xué)和社會帶來了巨大影響；那么Beeser將是21世紀(jì)的重大發(fā)現(xiàn)，會同樣給科學(xué)和社會帶來巨大影響。
Laser是光子系統(tǒng)的受激光發(fā)射；Beeser是電子系統(tǒng)的彈道場發(fā)射，它們都是超強(qiáng)高亮度相干源。光子與電子作為微觀統(tǒng)計粒子已被人們研究得比較深入。兩者在轉(zhuǎn)換中有很多關(guān)系，如光子可以激發(fā)電子到較高能級，而光子湮滅了；當(dāng)電子由較高能級躍遷到低能級時，可以輻射光子。表明光子與電子有某些轉(zhuǎn)化關(guān)系，它們間有很多相似性。所以既然有受激發(fā)射光(Laser)，那么就應(yīng)該有彈道電子源(Beeser)。這是相對應(yīng)的兩種高能相干粒子束源。
如果Laser的發(fā)現(xiàn)，給科學(xué)和社會帶來了巨大影響；那么Beeser將同樣會給科學(xué)和社會帶來巨大影響。
采取上述方案制造的彈道電子發(fā)射源，由于碳納米管具有很高的強(qiáng)度和很好的柔性，所以是一穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的新型電子源，可以應(yīng)用很多領(lǐng)域1.全息電視利用Beeser的相干特性，可以制成全息彩色電視。正如彩色電視代替黑白電視一樣，下一代是全息彩色電視。全息是指除振幅之外，還有相位信息。彩電的全息信號包括振幅、頻率和相位，對于人類的視覺相應(yīng)于亮度、彩色和環(huán)境縱深。全息電視系統(tǒng)在攝像時，采用相干光源，記錄振幅、頻率和相位，用載波將其傳播到用戶，電視機(jī)采用Beeser和彩色屏的X、Y、Z的三維掃描就可以顯示全息立體圖像。
2.復(fù)眼式顯示屏Beeser陣列的分辨率理論上可達(dá)～105線對/mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人眼的分辨能力。利用陣列電子束掃描結(jié)構(gòu)電極，可制造由局域顯示構(gòu)成的大面積顯示屏。具有極高的分辨率和清晰度。用于手機(jī)、掌中電腦、計算機(jī)監(jiān)視器和大屏幕顯示器。
3.掃描探針顯微鏡(SPM)針尖掃描探針顯微鏡(SPM)是具有原子分辨能力的顯微鏡和操縱原子、納米加工的工具。它給出的信息是針尖與樣品之間電子云相互作用的卷積。如果針尖的電子云分布是已知的，那么退卷積就可得到完全確定的樣品信息。用Beeser作針尖，可以做到電子云分布已知。因此Beeser將是SPM新一代針尖，能夠用其超強(qiáng)度進(jìn)行原子操縱和納米加工。
4.相干電子探針用Beeser作為電子顯微鏡、電子顯微分析儀器的電子源，它的全息特性，可以探索樣品結(jié)構(gòu)的更多信息。用作俄歇電子譜(AES)，能量損失譜(ELS)等電子束儀器的電子源，將會制造出現(xiàn)新一代電子束能量分析譜儀。
5.偏振電子束與Laser一樣，Beeser有偏振屬性，給出偏振電子束或自旋電子束。單壁碳納米管隨手性角不同，可以發(fā)射左旋或右旋園偏振電子束。這個自旋電子束與樣品作用，將給出自旋有關(guān)的信息。這將是非常有用的儀器。與巨磁阻等磁性功能材料相作用可能制造新型存儲器。
6.轉(zhuǎn)化為自由電子激光器在Beeser的路徑上，加上磁扭擺器，就可以得到自由電子激光。這是將Beeser轉(zhuǎn)化為Laser的一種方法。用此技術(shù)可以通過較小的體積得到所需要波長的光束。
7.粒子武器Laser可制成激光武器，β射線可以作為粒子武器，那么可控的超強(qiáng)的Beeser同樣應(yīng)該能制造粒子武器，即具有破壞性的超高能粒子束。
8.電子探針作用下的非線性特性測量由于Laser的高能量，可以進(jìn)行2階、3階非線性測量。相應(yīng)的，Beeser同樣會給出以前不可能進(jìn)行的非線性特性測量。
9.新型焊接與切割器由于超強(qiáng)電子束可以在大氣中傳輸，故用Beeser可制成新型高性能焊接器和切割器。
10.超亮光源用Beeser轟擊某些超硬金屬靶，能量轉(zhuǎn)化為光能，成為超亮點光源；Beeser束掃描可得到線光源和面光源。
11.大氣中的X光源用Beeser束打擊軟、硬靶可產(chǎn)生不同能量的X光，用來制造新型的X射線探測儀。
12.高能電子束手術(shù)刀用極細(xì)的高能電子束作為醫(yī)用手術(shù)刀是一種高性能的新型手術(shù)刀。
8--金屬碳化學(xué)物9--碳納米管圖4是Beeser電路結(jié)構(gòu)示意

圖10--高能電子束11--電源 12--真空密封外殼 13--相干電子束透過窗圖5是Beeser在真空中場電子發(fā)射的I-V特性曲線和否勒-諾德罕(Fowller-Nordingheim)曲線I-V特性曲線橫坐標(biāo)電壓(Voltage)，單位伏；縱坐標(biāo)電流(Current)，單位微安；
第二，將短單壁碳納米管組裝到電導(dǎo)體絲的前端，有兩種方法1.物理組裝，(1)將用催化劑在弧光放電、化學(xué)氣相反應(yīng)或激光蒸發(fā)等方法制得的長單壁碳納米管用通常的化學(xué)氧化方法進(jìn)行切割，制得含有更多直徑為1-2納米、長度為10～100納米的短單壁碳納米管混合物；(2)對此混合物進(jìn)行多次提純和過濾，使短單壁碳納米管的純度達(dá)到90％；(3)用去離子水(或無水乙醇)制成重量比單壁碳納米管為1％的水溶膠體或乙醇膠體；(4)將此水溶膠體(或乙醇膠體)置于細(xì)長(如直徑1厘米，長10厘米)石英管中密封存放四周以上，進(jìn)行碳納米管長度的分離。(5)進(jìn)行按水溶膠(或乙醇膠體)柱高度不同分選，最短的碳納米管處于水溶膠體柱的最上層，此碳納管水溶膠(或乙醇膠體)稱為原液；(6)將原液用10倍的去離子水(或乙醇)稀釋，置于燒杯或試管中，超聲處理20分鐘，使碳納米管充分分離，均勻分布，作為組裝溶液；(7)將欲組裝上碳納米管的電導(dǎo)體絲針尖垂直置于不銹鋼片上方，相距為1～2mm，用滴定管將碳納米管溶膠液滴到針尖和不銹鋼片之間，在兩電極間加振幅為100V頻率為5MHz的電壓，用500W紅外燈烘烤，直到水分全部蒸發(fā)；(8)去掉所加電壓，完成組裝，取出樣品，尖端向上置于干燥杯中，待檢查；2.化學(xué)氣相沉積(CVD)組裝(1)將電導(dǎo)體絲針尖電鍍上催化劑Fe、Co、Ni、Y等納米粒子；(2)將縛有催化劑針尖置于漏斗形石墨板孔中，通常是并排陣列結(jié)構(gòu)；(3)在小于1000℃條件下，10-500升/分含碳?xì)怏w和氫氣流量氛爐中，其中含碳?xì)怏w和氫氣流量比為1∶2-1∶9，在針尖上用CVD方法生長直徑為1-2納米、長度為10～100納米的單壁碳納米管，形成金屬電子庫-短碳納米管結(jié)構(gòu)的樣品；(4)緩慢降至室溫，從爐中取樣品，置于干燥器皿中，待檢查；第三，用透射電鏡(TEM)檢查在第二階段中完成的待檢查樣品(1)將組裝有短單壁碳納米管的樣品，插入樣品架。(2)載有樣品的樣品架被送入TEM的真空室中。(3)逐個檢查碳納米管在金屬針尖上的組裝情況，淘汰掉不合格樣品，選出合格樣品；第四，用場發(fā)射/場離子顯微鏡(FEM/FIM)處理、檢測在第三階段中選出的合格樣品(1)放入FEM/FIM樣品架，送入其樣品室中。(2)FEM/FIM系統(tǒng)經(jīng)400℃10小時烘烤，真空好于～10-7Pa。(3)經(jīng)過與樣品接觸的鉬絲電流產(chǎn)生的焦耳熱加熱樣品，進(jìn)行氣體脫附，從500～1000℃，逐步提高脫附溫度，直至徹底脫附吸附氣體，場發(fā)射的逸出功達(dá)到最小。(4)注意脫附過程溫度控制，因為過程的同時進(jìn)行了碳納米管與基金屬的固化處理。以鎢絲針尖與碳納米管組裝體系為例說明固化過程。在900～1000℃溫度范圍，在鎢與碳管之間生成碳化鎢(WC)，構(gòu)成結(jié)構(gòu)完善的過渡原子結(jié)構(gòu)。碳化鎢對鎢與碳化鎢對碳管間都有很小的界面位壘，故形成了很好的電子庫與碳納米管的電子結(jié)構(gòu)，保障Beeser超強(qiáng)度的要求。(5)在FEM/FIM的熒光屏上觀測碳納米管的端口結(jié)構(gòu)，確定是前端開口，還戴帽的，確定碳管的結(jié)構(gòu)類型。(6)測量碳管場電子發(fā)射的電流-電壓(I-V)特性。(7)記錄上述各參量后，從FEM/FIM真空室中取出電導(dǎo)體絲，至此完成了Beeser結(jié)構(gòu)的制備。
構(gòu)造Beeser所用電導(dǎo)體材料為M，經(jīng)熱處理或電子束轟擊處理，形成金屬碳化物為MC，其材料和結(jié)構(gòu)主要有M＝W，Si，Ti，Nb等；MC＝WC，SiC，TiC，NbC等。通過FEM/FIM的場發(fā)射圖像和數(shù)據(jù)可以確定碳納米管的結(jié)構(gòu)類型，導(dǎo)電特性，場發(fā)射特性。通過分束電極發(fā)射電子束的衍射參數(shù)，可以測得此Beeser的所有性能表征參數(shù)，基中主要有單壁碳納米管結(jié)構(gòu)參數(shù)(n，m)，金屬或半導(dǎo)體導(dǎo)電類型，場發(fā)射電流密度，場發(fā)射電流-電壓(I-V)特性，場發(fā)射啟始場強(qiáng)，發(fā)射電子束相干特性(相干波長與電壓的關(guān)系)，以及Beeser的工作范圍參數(shù)。結(jié)合附圖進(jìn)一步說明在圖1中，豎立的～10cm長石英管中為短單壁碳納米管的水溶膠體，取出最上面的一滴，放入去離子水中，超聲處理后取一滴溶液，置于右邊金屬針尖與不銹鋼片之間，用電泳方法將短單壁碳納米管組裝到金屬尖端上。
在圖2中，將尖端鍍有催化劑的金屬絲置于如圖所示的石墨板上，在燒結(jié)爐中，～900℃溫區(qū)，CVD方法生長單壁碳納米管。
在圖3中，給出在場發(fā)射和場離子顯微鏡(FEM/FIM)中，經(jīng)熱處理后形成的Beeser的結(jié)構(gòu)，從左至右為金屬-金屬碳化物-短單壁碳納米管。
在圖4中，表明Beeser結(jié)構(gòu)示意圖，將圖3結(jié)構(gòu)置于真空封裝泡殼中，碳納米管相對于出射窗加負(fù)高壓脈沖，高能相干電子束通過匹配的晶態(tài)結(jié)構(gòu)窗進(jìn)入大氣環(huán)境。
在圖5中，給出了鎢絲針尖組裝上短單壁碳納米管Beeser的場發(fā)射I-V和fowller-Nordingheim曲線。
權(quán)利要求
1.一種彈道電子發(fā)射源，包括電導(dǎo)體絲，單壁碳納米管，其特征在于所述電導(dǎo)體絲前端為針尖形；單壁碳納米管直徑為1-2納米，長度為10～100納米，并組裝在電導(dǎo)體絲的針尖上；碳納米管與電導(dǎo)體絲交接處形成碳化物。
2.如權(quán)利要求1所述的彈道電子發(fā)射源，其特征在于所述電導(dǎo)體絲直徑為0.3-0.5毫米，前端針尖曲率半徑為100納米-10微米，電導(dǎo)體絲材料選自W，Si，Ti或Nb。
3.一種制備權(quán)利要求1所述的彈道電子發(fā)射源的方法，其步驟包括1)將電導(dǎo)體絲的前端制備成電導(dǎo)體絲針尖；2)將直徑為1-2納米、長度為10～100納米、純度達(dá)到90％以上的單壁碳納米管進(jìn)行稀釋，直至到單壁碳納米管重量比在1％以下，并使之充分分離，均勻分布，得到碳納米管組裝溶液；3)將電導(dǎo)體絲針尖置于金屬片上方，將碳納米管溶膠液滴到針尖和不銹鋼片之間，然后將水分全部蒸發(fā)，使一個碳納米管組裝在針尖上；4)在高真空條件下，加熱針尖，或用電子束轟擊針尖，在針尖與碳納米管交接處形成碳化物。
4.如權(quán)利要求3所述的制備彈道電子發(fā)射源的方法，其特征在于選用直徑0.3-0.5毫米的電導(dǎo)體絲，用電化學(xué)法將其前端腐蝕成曲率半徑為100納米-10微米的針尖；電導(dǎo)體絲材料選自W，Si，Ti或Nb。
5.如權(quán)利要求3所述的制備彈道電子發(fā)射源的方法，其特征在于1)用化學(xué)氧化法切割長單壁碳納米管制備直徑為1-2納米、長度為10～100納米的單壁碳納米管，然后進(jìn)行提純和過濾，使單壁碳納米管的純度達(dá)到90％以上；2)用去離子水或無水乙醇制成重量比單壁碳納米管為1％的水溶膠體或乙醇膠體；3)將上述膠體置于細(xì)長石英管中密封存放四周以上，分離碳納米管長度，得到碳納米管源液；4)將源液用10倍的去離子水或乙醇稀釋，在容器中超聲處理20分鐘，使碳納米管充分分離，均勻分布，得到組裝溶液。
6.如權(quán)利要求3所述的制備彈道電子發(fā)射源的方法，其特征在于將金屬絲針尖垂直置于不銹鋼片上方，相距為1～2mm；用滴定管將碳納米管溶膠液滴到針尖和不銹鋼片之間；在兩電極間加振幅為100伏左右頻率為5MHz左右的電壓，用500W左右紅外燈烘烤，直到水分全部蒸發(fā)，使一個碳納米管組裝在針尖上。
7.如權(quán)利要求3所述的制備彈道電子發(fā)射源的方法，其特征在于1)將組裝上碳納米管的針尖送入FEM/FIM系統(tǒng)；2)400℃左右條件下烘烤FEM/FIM系統(tǒng)10小時左右，使真空好于10-7Pa；3)通過與針尖接觸的鉬絲電流產(chǎn)生的焦耳熱加熱樣品，進(jìn)行氣體脫附，從500～1000℃，逐步提高脫附溫度，直至徹底脫附吸附氣體，并在針尖與碳納米管交接處形成碳化物；4)從FEM/FIM真空室中取出針尖，得到本發(fā)明的彈道電子發(fā)射源。
8.如權(quán)利要求3所述的制備彈道電子發(fā)射源的方法，其特征在于對針尖的組裝進(jìn)行檢查，將組裝有短單壁碳納米管的針尖送入TEM的真空室中檢查碳納米管在針尖上的組裝情況。
9.一種制備權(quán)利要求1所述的電子發(fā)射源的方法，其步驟包括1)將電導(dǎo)體絲的前端制備成電導(dǎo)體絲針尖2)在上述針尖上電鍍催化劑納米粒子；3)將縛有催化劑針尖置于石墨板孔中，在小于1000℃條件下，10-500升/分含碳?xì)怏w和氫氣流量氛爐中，其中含碳?xì)怏w和氫氣流量比為1∶2-1∶9，在針尖上用CVD方法生長直徑為1-2納米、長度為10～100納米的單壁碳納米管；5)在高真空條件下，加熱針尖，或用電子束轟擊針尖，在針尖與碳納米管交接處形成碳化物。
10.如權(quán)利要求9所述的制備彈道電子發(fā)射源的方法，其特征在于選用直徑0.3-0.5毫米的電導(dǎo)體絲，用電化學(xué)法將其前端腐蝕成曲率半徑為100納米-10微米的針尖；電導(dǎo)體絲材料選自W，Si，Ti或Nb。
11.如權(quán)利要求9所述的制備彈道電子發(fā)射源的方法，其特征在于催化劑納米粒子選自Fe，Co，Ni，Y。
12.如權(quán)利要求9所述的制備彈道電子發(fā)射源的方法，其特征在于1)將組裝上碳納米管的針尖送入FEM/FIM系統(tǒng)；2)400℃左右條件下烘烤FEM/FIM系統(tǒng)10小時左右，使真空好于10-7Pa；3)通過與針尖接觸的鉬絲電流產(chǎn)生的焦耳熱加熱樣品，進(jìn)行氣體脫附，從500～1000℃，逐步提高脫附溫度，直至徹底脫附吸附氣體，并在針尖與碳納米管交接處形成碳化物；4)從FEM/FIM真空室中取出針尖，得到本發(fā)明的彈道電子發(fā)射源。
13.如權(quán)利要求9所述的制備彈道電子發(fā)射源的方法，其特征在于對針尖的生長進(jìn)行檢查，將生長有短單壁碳納米管的針尖送入TEM的真空室中檢查碳納米管在針尖上的組裝情況。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種彈道電子發(fā)射源及其制備方法,包括電導(dǎo)體絲,單壁碳納米管,電導(dǎo)體絲前端為針尖形;單壁碳納米管直徑為1－2納米,長度為10～100納米,將短單壁碳納米管用物理的或化學(xué)方法組裝在電導(dǎo)體絲針尖前端,在真空中經(jīng)加熱或電子束轟擊處理,在電導(dǎo)體絲與碳納米管交接處形成過渡區(qū)的碳化物。由于碳納米管具有很高的強(qiáng)度和很好的柔性,所以本彈道電子發(fā)射源是一穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的新型電子源,具有超強(qiáng)、高亮度、相干性和偏振性。可以應(yīng)用在彩色全息電視電子源;復(fù)眼式平板顯示屏;電子顯微分析儀;偏振電子束;自由電子激光器;超亮光源;大氣中的X光源;高能電子束手術(shù)刀等多個領(lǐng)域。
文檔編號H01J1/304GK1352461SQ01140098
公開日2002年6月5日 申請日期2001年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月27日
發(fā)明者薛增泉, 侯士敏, 吳錦雷, 張耿民, 申志勇, 劉惟敏, 趙興鈺, 陳清, 彭練矛, 張兆祥 申請人:北京大學(xué)