專利名稱：真空規(guī)管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種真空規(guī)管。
背景技術(shù)：
當(dāng)代科技發(fā)展迅猛，在許多高新技術(shù)領(lǐng)域，需要極高的真空環(huán)境，如宇宙空間的 模擬，超導(dǎo)技術(shù)，核聚變反應(yīng)，超低溫和巨型粒子加速器技術(shù)等。而在超高真空領(lǐng)域，超高真 空規(guī)管的研究是必不可少的重要環(huán)節(jié)。為提供體積小、功耗小及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的超高真空和極高真空測(cè)量的真空規(guī)管，以適 用于太空科技、超低溫和巨型粒子加速器等領(lǐng)域，范守善等人于2004年7月30日申請(qǐng)，于 2010年10月28日公告的第CN100555552C號(hào)中國(guó)專利中提供了一種真空規(guī)管，該真空規(guī) 管包括一冷陰極、一陽(yáng)極環(huán)、一收集極以及一屏蔽極。該冷陰極包括一基底、一場(chǎng)發(fā)射陣列 以及一柵極。所述場(chǎng)發(fā)射陣列形成于所述基底的表面。所述柵極與所述場(chǎng)發(fā)射陣列相對(duì)設(shè) 置。所述屏蔽極一端與場(chǎng)發(fā)射陣列相對(duì)設(shè)置。所述屏蔽極另一端與收集極相對(duì)設(shè)置。所述 陽(yáng)極環(huán)固定于屏蔽極內(nèi)部。上述真空規(guī)管工作時(shí)首先是冷陰極發(fā)射電子，發(fā)射的電子進(jìn)入 屏蔽極。在陽(yáng)極環(huán)接高壓后，在屏蔽極內(nèi)部形成對(duì)稱的鞍形電場(chǎng)。電子在鞍形電場(chǎng)中發(fā)生 多次振蕩，撞擊屏蔽極內(nèi)的氣體分子并使其電離，形成離子流。離子流被收集極所收集，轉(zhuǎn) 化為收集極的電流信號(hào)，此電流大小與真空度成正比，從而可以指示真空度。所述真空規(guī)管中的場(chǎng)發(fā)射陣列的材料可以選用各種金屬尖、非金屬尖、化合物尖、 各種適宜于場(chǎng)發(fā)射的納米材料等。該種真空規(guī)管在應(yīng)用過(guò)程中，由于場(chǎng)發(fā)射陣列所采用的 材料的場(chǎng)發(fā)射性能較差，因此冷陰極中的柵極須施加一個(gè)較高的正電位，以從場(chǎng)發(fā)射陣列 中拔出電子。然而柵極的正電位較高時(shí)，柵極會(huì)吸引屏蔽極中的電子，使屏蔽極中的電子打 到柵極上，從而導(dǎo)致電子在屏蔽極中的運(yùn)動(dòng)軌跡變短，從而不能與屏蔽極中的氣體分子碰 撞使氣體電離，導(dǎo)致真空規(guī)管靈敏度降低。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，提供一種具有高靈敏度的真空規(guī)管實(shí)為必要。一種真空規(guī)管，其包括一冷陰極，其包括一陰極發(fā)射單元和與所述陰極發(fā)射單元 相對(duì)設(shè)置的一柵極；一屏蔽極，其包括一收容空間和兩個(gè)端部，該屏蔽極的一端與所述冷陰 極相對(duì)設(shè)置；一陽(yáng)極環(huán)，該陽(yáng)極環(huán)設(shè)置于所述屏蔽極的收容空間內(nèi)；一收集極，其與所述屏 蔽極的另一端相對(duì)設(shè)置；所述陰極發(fā)射單元包括至少一電子發(fā)射體，該所述電子發(fā)射體包 括一碳納米管管狀結(jié)構(gòu)，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)具有一中空的線狀軸心，所述碳納米管管 狀結(jié)構(gòu)為多個(gè)碳納米管?chē)@該中空的線狀軸心組成，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)沿所述線狀軸 心的一端延伸出多個(gè)電子發(fā)射尖端。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，所述真空規(guī)管的冷陰極中的電子發(fā)射體為一碳納米管管狀結(jié) 構(gòu)，多個(gè)電子發(fā)射尖端從碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的一端延伸出，因此，該電子發(fā)射體具有較好的 場(chǎng)發(fā)射性能。故，只需給柵極施加較小的電壓就可以使電子發(fā)射體發(fā)射出電子。由于柵極上施加的電壓降低，故屏蔽極中的電子不易被柵極吸引，電子在屏蔽極中具有較長(zhǎng)的路徑， 從而可以與屏蔽極中的氣體碰撞，使氣體電離，被收集極收集，使真空規(guī)管靈敏度提高。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的真空規(guī)管結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的真空規(guī)管中所采用的電子發(fā)射體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的真空規(guī)管中所采用的電子發(fā)射體的掃描電鏡照 片。

圖4是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的真空規(guī)管中所采用的電子發(fā)射體的剖視圖。圖5是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的真空規(guī)管中所采用的電子發(fā)射體的電子發(fā)射部 的掃描電鏡照片。圖6是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的真空規(guī)管中所采用的電子發(fā)射體的開(kāi)口的掃描 電鏡照片。圖7是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的真空規(guī)管中所采用的電子發(fā)射體的電子發(fā)射尖 端的透射電鏡照片。圖8是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的真空規(guī)管中所采用的電子發(fā)射體的結(jié)構(gòu)示意圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明20、311電子發(fā)射體30真空規(guī)管32屏蔽極33陽(yáng)極環(huán)34離子引出極35反射極36收集極37電子引入極38外殼39芯柱40真空規(guī)管的開(kāi)口220導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)210碳納米管層302碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的第一端304碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的第二端306、206電子發(fā)射尖端308,212電子發(fā)射部310電子發(fā)射體的開(kāi)口314陰極發(fā)射單元312基底316柵極341離子引出孔
371電子引入孔
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供一種真空規(guī)管30，其包括一外殼38以及設(shè)置于該外殼38內(nèi)部的冷陰極31、一屏蔽極32、一陽(yáng)極環(huán)33、一電子引入極37、一離子引出極34、 一反射極35、一收集極36和一芯柱39。所述屏蔽極32包括一收容空間和兩個(gè)端部，該屏 蔽極32的一端與該冷陰極31相對(duì)設(shè)置，另一端與該離子引出極34相對(duì)設(shè)置。所述冷陰極 31通過(guò)該芯柱39固定于所述外殼38的一端。所述電子引入極37設(shè)置于屏蔽極32與冷 陰極31之間。所述電子引入極37中心開(kāi)設(shè)一電子引入口 371。所述離子引出極34設(shè)置 于屏蔽極32與收集極36之間，所述離子引出極34中心開(kāi)設(shè)一離子引出孔341。該收集極 36指向離子引出孔341。該反射極35設(shè)置于離子引出極34的一側(cè)。該陽(yáng)極環(huán)33固定于 屏蔽極32收容空間內(nèi)部。該冷陰極31包括一基底312、一陰極發(fā)射單元314和一柵極316，所述陰極發(fā)射單 元314形成于所述基底312的表面，所述柵極316與陰極發(fā)射單元314相對(duì)設(shè)置。所述柵 極316可以采用各種孔狀結(jié)構(gòu)，如金屬環(huán)，金屬孔或金屬網(wǎng)。所述陰極發(fā)射單元314對(duì)準(zhǔn)電 子引入口 371。所述陰極發(fā)射單元314包括多個(gè)電子發(fā)射體311。所述陰極發(fā)射單元314 中的多個(gè)電子發(fā)射體311的具體設(shè)置方式不限，如相互平行且間隔設(shè)置、并排設(shè)置或交叉 設(shè)置等。所述多個(gè)電子發(fā)射體311—端可以通過(guò)一導(dǎo)電膠與所述基底312電連接。該電連 接的方式也可以通過(guò)分子間力或者其他方式實(shí)現(xiàn)。所述多個(gè)電子發(fā)射體311與基底312之 間的位置關(guān)系不限，只需確保該電子發(fā)射體311的一端與基底312電連接即可。該陰極發(fā)射單元314可包括多個(gè)電子發(fā)射體311。請(qǐng)參閱圖2、圖3、圖4和圖5， 所述電子發(fā)射體311包括一碳納米管管狀結(jié)構(gòu)，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)具有一中空的線狀 軸心，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)為多個(gè)碳納米管?chē)@該中空的線狀軸心組成，所述碳納米管 管狀結(jié)構(gòu)沿線狀軸心的一端延伸出多個(gè)電子發(fā)射尖端306。所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)中多個(gè) 碳納米管通過(guò)范德華力相互連接成一體結(jié)構(gòu)。所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)中大多數(shù)碳納米管通 過(guò)范德華力首尾相連并圍繞中空的線狀軸心螺旋延伸。可以理解，該碳納米管管狀結(jié)構(gòu)中 也存在少數(shù)隨機(jī)排列的碳納米管。該少數(shù)隨機(jī)排列的碳納米管的延伸方向沒(méi)有規(guī)則。但 是，所述少數(shù)隨機(jī)排列的碳納米管不影響所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)中大多數(shù)碳納米管的排列 方式與延伸方向。在此，將線狀軸心的長(zhǎng)度方向定義為多個(gè)碳納米管的延伸方向，將多個(gè)碳 納米管?chē)@所述線狀軸心螺旋形成的方向定義為螺旋方向。在螺旋方向上相鄰的碳納米管 通過(guò)范德華力首尾相連，在延伸方向上相鄰的碳納米管通過(guò)范德華力緊密結(jié)合。該碳納米 管管狀結(jié)構(gòu)中的大多數(shù)碳納米管的螺旋方向與所述線狀軸心的長(zhǎng)度方向形成一定的交叉 角 α，且 0° < α 彡 90°。所述線狀軸心是空的，是虛擬的，是該碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的軸心。該線狀軸心的截 面形狀可以為方形、梯形、圓形或橢圓形等形狀，該線狀軸心的截面大小，可以根據(jù)實(shí)際要 求而定。所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的一端具有多個(gè)電子發(fā)射尖端306，所述多個(gè)電子發(fā)射尖 端306圍繞所述線狀軸心呈環(huán)形排列。具體地，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)在沿線狀軸心長(zhǎng)度的方向具有一第一端302和與該第一端302相對(duì)的一第二端304。所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu) 的第一端302與基底312電連接。所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的第二端304指向電子引入口 371。在第二端304，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的整體直徑沿遠(yuǎn)離第一端102的方向逐漸減小， 并收縮形成一類圓錐形的縮口，作為所述電子發(fā)射體311的電子發(fā)射部308。所述電子發(fā)射 體311在應(yīng)用時(shí)，在電場(chǎng)作用下從電子發(fā)射部308發(fā)射出電子，由于電子發(fā)射體311的電子 發(fā)射部308為類圓錐形，可使電子發(fā)射部108的局部電場(chǎng)集中，因此可增強(qiáng)電子發(fā)射部308 的場(chǎng)增強(qiáng)因子，使電子發(fā)射體311易于發(fā)射出電子。請(qǐng)一并參閱圖6，所述類圓錐形的電子發(fā)射部308的末端具有一開(kāi)口 310，及多個(gè) 突出的碳納米管束。即，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)具有多個(gè)電子發(fā)射尖端的一端具有一開(kāi)口 310，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)從開(kāi)口 310處延伸出多個(gè)碳納米管束作為多個(gè)電子發(fā)射尖端 306。該多個(gè)碳納米管束為所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)從第二端304延伸出來(lái)的多個(gè)由碳納米 管組成的束狀結(jié)構(gòu)。該多個(gè)碳納米管束圍繞所述線狀軸心呈環(huán)狀排列，作為多個(gè)電子發(fā)射 尖端306。由于該多個(gè)電子發(fā)射尖端306呈環(huán)形排列，因此，該多個(gè)電子發(fā)射尖端306之 間的間距較大，降低了該多個(gè)電子發(fā)射尖端306之間的電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)。該多個(gè)碳納米管束 的延伸方向基本一致，即該多個(gè)電子發(fā)射尖端306基本沿所述線狀軸心的長(zhǎng)度方向向遠(yuǎn)離 碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的方向延伸，所述遠(yuǎn)離碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的方向是指遠(yuǎn)離碳納米管管狀 結(jié)構(gòu)的第一端302的方向延伸。優(yōu)選地，所述多個(gè)電子發(fā)射尖端306指向電子引入口 371。 進(jìn)一步地，該多個(gè)碳納米管束圍繞所述線狀軸心呈發(fā)散狀排列，即該多個(gè)電子發(fā)射尖端306 的延伸方向逐漸遠(yuǎn)離所述線狀軸心。當(dāng)該多個(gè)碳納米管束呈發(fā)散狀排列時(shí)，所述電子發(fā)射 部308的雖然徑向尺寸為沿遠(yuǎn)離碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的第一端302方向逐漸減小，但多個(gè)電 子發(fā)射尖端306呈發(fā)散性的排列，進(jìn)而電子發(fā)射部308的末端向外略微擴(kuò)張，從而多個(gè)電子 發(fā)射尖端306之間的距離沿延伸方向逐漸變大，使開(kāi)口 310處的多個(gè)電子發(fā)射尖端306相 互間的間距更加擴(kuò)大，降低了電子發(fā)射尖端306之間的電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)。所述開(kāi)口 310的徑 向尺寸范圍為4微米_6微米，本實(shí)施例中，所述開(kāi)口 310為圓形，所述開(kāi)口 310的徑向尺寸 為5微米，因此位于開(kāi)口 310的相對(duì)兩端的電子發(fā)射尖端306的間距大于等于5微米。請(qǐng)參閱圖7，每個(gè)電子發(fā)射尖端306包括多個(gè)基本平行排列的碳納米管，并且每個(gè) 電子發(fā)射尖端306的頂端突出有一根碳納米管，即所述多個(gè)平行排列的碳納米管的中心位 置突出一根碳納米管。該突出的碳納米管的底端(即突出的碳納米管的非自由端)周?chē)€ 圍繞有多個(gè)碳納米管，該多個(gè)圍繞的碳納米管起到固定該突出的碳納米管的作用。該突出 碳納米管的直徑小于5納米。本實(shí)施例中突出的碳納米管的直徑為4納米。由于該突出的 碳納米管的直徑極其小，因此，該突出的碳納米管具有十分大的長(zhǎng)徑比，進(jìn)而增加了該突出 的碳納米管的場(chǎng)增強(qiáng)因子，使該突出的碳納米管的場(chǎng)發(fā)射性能優(yōu)異。所述多個(gè)電子發(fā)射尖 端306中相鄰的電子發(fā)射尖端306中的突出的碳納米管之間的距離為0. 1微米至2微米。 相鄰的兩電子發(fā)射尖端306中的突出的碳納米管之間的距離與突出的碳納米管直徑的比 例的范圍為20 1至500 1。可以理解，相鄰的電子發(fā)射尖端306的突出的碳納米管之 間的間距遠(yuǎn)大于突出的碳納米管的直徑，可有效降低相鄰的突出碳納米管之間的電場(chǎng)屏蔽 效應(yīng)。 具體的，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)是由至少一碳納米管膜或至少一碳納米管線沿該 線狀軸心的軸向緊密環(huán)繞而形成?？梢岳斫猓撎技{米管管狀結(jié)構(gòu)的管壁具有一定的厚度，所述厚度可以通過(guò)控制所環(huán)繞碳納米管膜或碳納米管線的層數(shù)確定。該碳納米管管狀結(jié)構(gòu) 內(nèi)徑和外徑的大小可以根據(jù)實(shí)際需求制備。優(yōu)選地，該碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑范圍為2 微米至100微米，外徑為10微米至120微米。優(yōu)選地，該碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑范圍為 10微米至40微米，外徑為20微米至50微米。本實(shí)施例中，該碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)徑約 為18微米，外徑約為30微米。所述電子發(fā)射體311的制備方法，包括以下步驟(SlO)提供一線狀支撐體；(S20) 提供至少一碳納米管膜或至少一碳納米管線，將所述至少一碳納米管膜或至少一碳納米管 線纏繞在所述線狀支撐體表面形成一碳納米管層；(S30)移除所述線狀支撐體，得到一由 碳納米管層圍成的管狀碳納米管預(yù)制體；以及(S40)將該管狀碳納米管預(yù)制體熔斷，形成 所述電子發(fā)射體311。所述外殼38的作用為收容所述冷陰極31、一屏蔽極32、一陽(yáng)極環(huán)33、一電子引入 極37、一離子引出極34、一反射極35、一收集極36和芯柱39。該外殼38具有一開(kāi)口 40。 該開(kāi)口 40與待測(cè)器件(圖未示)相連。所述外殼38為一可選擇結(jié)構(gòu)。所述屏蔽極32為一管狀結(jié)構(gòu)，具有相對(duì)的兩個(gè)端部，每個(gè)端部具有一開(kāi)口，位于 相鄰的兩個(gè)端部之間為收容空間。管狀結(jié)構(gòu)的截面形狀可以為圓形、橢圓形、方形等。所述 屏蔽極32為導(dǎo)電材料制成，用于提供一空間，使電子在其中振蕩。本實(shí)施例中，所述屏蔽極 32為一形成于外殼38內(nèi)表面部分區(qū)域的金膜，所述金膜形成一圓筒形。該屏蔽極32圓筒 直徑18毫米，長(zhǎng)18毫米。然而，本發(fā)明的屏蔽極32的形狀也不限于圓筒形，可采 用其他對(duì) 稱的中空立體形狀，只要能使電子在其中產(chǎn)生振蕩即可。所述外殼38對(duì)應(yīng)于屏蔽極32的 部分可以依據(jù)屏蔽極32所需的形狀而定。所述電子引入極37能更好的使電子進(jìn)入屏蔽極32。該電子引入極37為與屏蔽極 32端口相配套的圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，且電子引入極37與屏蔽極32保持電絕緣。所述電子引入極 37的圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)的邊緣可固定于外殼38的內(nèi)表面。電子引入極37為一可選擇結(jié)構(gòu)。該陽(yáng)極環(huán)33通過(guò)支撐桿(圖未示)固定于該屏蔽極32的收容空間內(nèi)部，并通過(guò) 引線外接電壓。為了形成對(duì)稱的鞍形電場(chǎng)，該陽(yáng)極環(huán)33設(shè)置于屏蔽極32正中間。優(yōu)選地， 所述陽(yáng)極環(huán)33與屏蔽極32同軸設(shè)置。該陽(yáng)極環(huán)33與屏蔽極32保持電絕緣。該陽(yáng)極環(huán)33 的直徑9毫米，是用比較細(xì)的金屬絲彎成，本實(shí)施例選用直徑為200微米的細(xì)金屬絲制成陽(yáng) 極環(huán)33。離子引出極34為與屏蔽極32端口相配套的圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)，并與屏蔽極32保持電絕 緣。所述離子引出極34的圓盤(pán)形結(jié)構(gòu)的邊緣可固定于所述外殼38的內(nèi)部。該離子引出極 34中心開(kāi)設(shè)的離子引出孔341和電子引入孔371的直徑相同。所述離子引出極34為一可 選擇結(jié)構(gòu)。所述反射極35為曲面結(jié)構(gòu)，該曲面結(jié)構(gòu)圍住屏蔽極32靠近離子引出極34的一 側(cè)。所述反射極35可為形成于所述外殼38內(nèi)部的一金屬層。所述外殼40對(duì)應(yīng)反射極35 的部分可形成所需的曲面結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，該反射極35為形成于該反射極35為半球面 結(jié)構(gòu)，其直徑與屏蔽極32直徑相同，為18毫米。該半球面結(jié)構(gòu)以離子引出孔341為球心， 使反射極35的半球面圍住靠近離子引出極34的屏蔽極32的一側(cè)，而且反射極35與離子 引出極34之間保持電絕緣。所述反射極35為一可選擇結(jié)構(gòu)。所述收集極36設(shè)置于該反射極35曲面結(jié)構(gòu)底部，并指向離子引出孔341。該反射極35半球面底部開(kāi)設(shè)一小開(kāi)口(未標(biāo)示)，用于設(shè)置該收集極36。該收集極36為一根細(xì) 金屬絲，本實(shí)例選取該金屬絲直徑為200微米。該收集極36大部分進(jìn)入反射極35所圍空 間，其尖端對(duì)準(zhǔn)離子引出孔341。反射極35與收集極36之間保持電絕緣。所述反射極35 為一個(gè)可選擇結(jié)構(gòu)，當(dāng)沒(méi)有所述反射極35時(shí)，收集極36直接與屏蔽極32相對(duì)。上述陽(yáng)極 環(huán)33、離子引出極34和反射極35都以屏蔽極32軸身線中心對(duì)稱。
真空規(guī)管30的電位設(shè)置屏蔽極32接地Vg ；陽(yáng)極環(huán)33電位Va設(shè)在1000V左右； 收集極36電位Vc為零；反射極35設(shè)置一個(gè)正電位Vr，以利收集極36收集離子；冷陰極31 中的柵極316也須置于一個(gè)正電位，避免電子打在收集極36上；電子引入極37和離子引出 極34的電位根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置，以獲得最大靈敏度?？梢岳斫獾氖牵渌娢灰残枰鶕?jù) 真空規(guī)管30實(shí)際工作情況調(diào)整，以獲得規(guī)管最佳工作狀態(tài)。本發(fā)明的真空規(guī)管30工作時(shí)首先是陰極發(fā)射單元314中的電子發(fā)射體311在柵 極316的作用下發(fā)射電子，電子通過(guò)所述電子引入極37的電子引入孔371進(jìn)入屏蔽極32。 在該陽(yáng)極環(huán)33接高壓后，在屏蔽極32內(nèi)部形成對(duì)稱的鞍形電場(chǎng)。電子在鞍形電場(chǎng)中發(fā)生 多次振蕩，撞擊氣體分子并使其電離，形成離子流。根據(jù)模擬計(jì)算的結(jié)果，電子在圓筒結(jié)構(gòu) 的屏蔽極32內(nèi)更容易振蕩，從而獲得較高的靈敏度。當(dāng)離子流從靠近收集極36的離子引 出孔341出來(lái)，在反射極35電位協(xié)同作用下，離子被收集極36所收集，轉(zhuǎn)化為收集極36的 電流信號(hào)，此電流大小與真空度成正比，從而可以指示真空度。上述實(shí)施例的真空規(guī)管30各元件尺寸只為優(yōu)選的典型尺寸；本發(fā)明的真空規(guī)管 30尺寸并不唯一確定，視各種具體情況可作適當(dāng)改動(dòng)，以獲得規(guī)管最佳工作狀態(tài)。電子引入 孔371和離子引出孔341的直徑需根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)，特別是離子引出孔341，需要考慮既 不影響鞍場(chǎng)中電子的振蕩，同時(shí)保證足夠多的離子到達(dá)收集極36，作合理設(shè)計(jì)。本發(fā)明第一實(shí)施例中的真空規(guī)管30具有以下有益效果冷陰極31中的電子發(fā)射 體311包括一碳納米管管狀結(jié)構(gòu)，多個(gè)電子發(fā)射尖端306從碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的一端延伸 出，因此，該電子發(fā)射體311具有較好的場(chǎng)發(fā)射性能。故，只需給柵極316施加較小的電壓 就可以使電子發(fā)射體311發(fā)射出電子。由于柵極316上施加的電壓降低，故屏蔽極32中的 電子不易被柵極316吸引，電子在屏蔽極32中具有較長(zhǎng)的路徑，從而可以與屏蔽極32中的 氣體碰撞，使氣體電離，使真空規(guī)管30靈敏度提高。本發(fā)明第二實(shí)施例提供一種真空規(guī)管，其包括一冷陰極、一屏蔽極、一陽(yáng)極環(huán)、一 電子引入極、一離子引出極、一反射極和一收集極。第二實(shí)施例中的真空規(guī)管的結(jié)構(gòu)與第一 實(shí)施例中的真空規(guī)管的結(jié)構(gòu)相似，其區(qū)別在于，第二實(shí)施例中的真空規(guī)管中的電子發(fā)射體 的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例中的電子發(fā)射體311的結(jié)構(gòu)不同。請(qǐng)參閱圖8，本發(fā)明第二實(shí)施例中 的真空規(guī)管中所采用的電子場(chǎng)發(fā)射體20包括一碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)。所述碳納米管復(fù) 合線狀結(jié)構(gòu)包括一導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220及一碳納米管層210設(shè)置在所述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220的 表面，所述碳納米管層210環(huán)繞所述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220形成一碳納米管管狀結(jié)構(gòu)，在所述碳 納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)的一端，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)伸出多個(gè)電子發(fā)射尖端206。所述碳 納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)具有多個(gè)電子發(fā)射尖端206的一端為類圓錐形，作為電子發(fā)射部212。 具體地，所述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220的整個(gè)表面被所述碳納米管層210包覆。該碳納米管管狀 結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度大于所述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220的長(zhǎng)度。所述碳納米管層210為至少一自支撐的碳 納米管膜或碳納米管線纏繞在所述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220的表面形成。
所述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220具有支撐所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的作用，所以該導(dǎo)電線狀 結(jié)構(gòu)220應(yīng)具有一定的強(qiáng)度及韌性。導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220的材料可以為單質(zhì)金屬，所述單質(zhì) 金屬材料可以為金、銀、銅或鋁等金屬材料。所述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220的材料也可以為金屬合 金材料，如銅錫合金。所述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220的材料還可以為碳纖維等導(dǎo)電的非金屬材料 或?qū)щ姷慕饘傺趸锏?。所述?dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220還可以為具有一導(dǎo)電層的復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)， 如在銅錫合金表面進(jìn)一步涂覆一層鋁膜；還可以在一柔性材料如纖維絲的表面鍍金膜。所 述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220的直徑不限，只要該導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220具有一定強(qiáng)度即可。優(yōu)選地，所 述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220的直徑范圍為10微米到30微米。當(dāng)導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220為鋁絲，該鋁 絲的直徑可以為25微米。本實(shí)施例中，該導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220為金絲，該金絲的直徑可以為 18微米。由于所述電子發(fā)射體20的碳納米管管狀結(jié)構(gòu)中設(shè)置有一導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220，因此 該導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220可支撐所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)，且使碳納米管管狀結(jié)構(gòu)不易變形，進(jìn) 一步地該導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)220可使電子發(fā)射體20的導(dǎo)電性增加，使電子發(fā)射體20更易于發(fā) 射電子。該電子發(fā)射體20的制備方法，其包括以下步驟步驟S201，提供一導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)， 和至少一碳納米管膜或至少一碳納米管線。步驟S202，將所述至少一碳納米管膜或至少一 碳納米管線纏繞在所述導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)表面形成一碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)。步驟S203，熔斷 所述碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)得到電子發(fā)射體20。本發(fā)明第二實(shí)施例中的真空規(guī)管具有以下有益效果冷陰極中的電子發(fā)射體包括 包括一碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)，該碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)包括一碳納米管管狀結(jié)構(gòu)和一導(dǎo) 電線狀結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的線狀軸心處，使該碳納米管 復(fù)合線狀 結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性提高，從而使電子發(fā)射體更加易于發(fā)射出電子，從而柵極上所需施 加的電壓降低，使真空規(guī)管的靈敏度提高。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)做其他變化，當(dāng)然，這些依據(jù)本發(fā)明精 神所做的變化，都應(yīng)包含在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種真空規(guī)管，包括一冷陰極，包括一陰極發(fā)射單元和與所述陰極發(fā)射單元相對(duì)設(shè)置的一柵極；一屏蔽極，包括一收容空間和兩個(gè)端部，該屏蔽極的一端與所述冷陰極相對(duì)設(shè)置；一陽(yáng)極環(huán)，該陽(yáng)極環(huán)設(shè)置于所述屏蔽極的收容空間內(nèi)；一收集極，與所述屏蔽極的另一端相對(duì)設(shè)置；其特征在于，所述陰極發(fā)射單元包括至少一電子發(fā)射體，該所述電子發(fā)射體包括一碳 納米管管狀結(jié)構(gòu)，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)具有一中空的線狀軸心，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu) 為多個(gè)碳納米管?chē)@該中空的線狀軸心組成，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)沿所述線狀軸心的一 端延伸出多個(gè)電子發(fā)射尖端。
2.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)中多個(gè)碳納米 管通過(guò)范德華力相互連接成一體結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)中大多數(shù)碳納 米管?chē)@所述中空的線狀軸心螺旋延伸。
4.如權(quán)利要求3所述的真空規(guī)管，其特征在于，在螺旋方向相鄰的碳納米管之間通過(guò) 范德華力首尾相連。
5.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)具有多個(gè)電子 發(fā)射尖端的一端為類圓錐形。
6.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)具有多個(gè)電子 發(fā)射尖端的一端具有一開(kāi)口，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)從開(kāi)口處延伸出多個(gè)碳納米管束作為 多個(gè)電子發(fā)射尖端。
7.如權(quán)利要求6所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述開(kāi)口的徑向尺寸范圍為4微米-6 微米。
8.如權(quán)利要求6所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述多個(gè)電子發(fā)射尖端圍繞所述線狀 軸心呈環(huán)狀排列。
9.如權(quán)利要求6所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述多個(gè)電子發(fā)射尖端沿所述線狀軸 心的長(zhǎng)度方向向陽(yáng)極環(huán)延伸。
10.如權(quán)利要求6所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述多個(gè)電子發(fā)射尖端圍繞所述線狀 軸心呈發(fā)散狀延伸。
11.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述每個(gè)電子發(fā)射尖端包括多個(gè)基本 平行的碳納米管，每個(gè)電子發(fā)射尖端的中心位置突出有一根碳納米管。
12.如權(quán)利要求11所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述多個(gè)電子發(fā)射尖端中相鄰的兩 個(gè)電子發(fā)射尖端中突出的碳納米管之間的間距與突出的碳納米管的直徑的比值為20 1 至 500 1。
13.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述電子發(fā)射體進(jìn)一步包括一導(dǎo)電線 狀結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)的線狀軸心處，該導(dǎo)電線狀結(jié)構(gòu)與 碳納米管管狀結(jié)構(gòu)組成一碳納米管復(fù)合線狀結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述真空規(guī)管進(jìn)一步包括一離子引出 極，該離子引出極中心開(kāi)設(shè)一離子引出孔，所述離子引出極設(shè)置于所述屏蔽極與所述收集 極之間。
15.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述真空規(guī)管進(jìn)一步包括一反射極， 該反射極為曲面結(jié)構(gòu)，該反射極曲面圍住屏蔽極靠近離子引出極的一側(cè)。
16.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述真空規(guī)管進(jìn)一步包括一設(shè)置于冷 陰極與屏蔽極之間的電子引入極，所述電子引入極中心開(kāi)設(shè)一電子引入孔，所述陰極發(fā)射 單元中的電子發(fā)射體的電子發(fā)射尖端指向電子引入口。
17.如權(quán)利要求1所述的真空規(guī)管，其特征在于，所述真空規(guī)管進(jìn)一步包括一外殼，所 述冷陰極、屏蔽極、陽(yáng)極環(huán)、收集極設(shè)置在外殼內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種真空規(guī)管，其包括一冷陰極，其包括一陰極發(fā)射單元和與所述陰極發(fā)射單元相對(duì)設(shè)置的一柵極；一屏蔽極，其包括一收容空間和兩個(gè)端部，該屏蔽極的一端與所述冷陰極相對(duì)設(shè)置；一陽(yáng)極環(huán)，該陽(yáng)極環(huán)設(shè)置于所述屏蔽極的收容空間內(nèi)；一收集極，其與所述屏蔽極的另一端相對(duì)設(shè)置；所述陰極發(fā)射單元包括至少一電子發(fā)射體，該所述電子發(fā)射體包括一碳納米管管狀結(jié)構(gòu)，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)具有一中空的線狀軸心，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)為多個(gè)碳納米管?chē)@該中空的線狀軸心組成，所述碳納米管管狀結(jié)構(gòu)沿所述線狀軸心的一端延伸出多個(gè)電子發(fā)射尖端。本發(fā)明提供的真空規(guī)管具有良好的靈敏度。
文檔編號(hào)H01J41/06GK102087949SQ20101061820
公開(kāi)日2011年6月8日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者范守善, 魏洋 申請(qǐng)人:清華大學(xué), 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司