覆纳米粒子薄膜电子发射体发射性能研究

微波真空电子器件广泛应用于雷达、卫星通信及未来军事前沿的高功率微波武器等方面，而担当电子发射的电子发射体又是微波真空电子器件中最为核心的部分，其性能将直接影响微波源的输出性能和寿命。因此研究满足高功率、高频率微波源的大电流高性能新型电子发射体，对于推动卫星通信及高功率微波器件等技术的发展具有十分重要的意义。.本项目结合国际上大电流密度覆膜钡钨电子发射体和纳米材料的最新研究结果，利用纳米材料对传统热电子发射体进行表面改性，从而有望提高传统电子发射体的电子发射性能;研究钡钨电子发射体表面覆上高温难熔材料（如：Os、Ir等）的纳米粒子组成的薄膜后对其热电子发射、蒸发速率以及逸出功等特性的影响。通过发射机理的研究,为获得大电流低蒸发的新型电子发射体提供理论依据。最终将这种新型电子发射体应用于我国的高功率微波源上，以打破限制我国高功率微波器件发展上的电子发射体发射不足和寿命短的瓶颈。

微波真空电子器件广泛应用于雷达、卫星通信、电子加速器、全球定位及未来军事前沿的高功率微波武器等方面。担当电子发射的阴极是微波真空电子器件中最为核心的部分，利用纳米材料对传统的扩散阴极进行表面改性，制备出热电子发射性能良好的新型阴极，对于推动高功率微波真空电子器件的发展具有十分重要的意义。本课题采用直流磁控溅射复合金属靶的方法制备出粒径分布均匀的直径为20nm的金属纳米粒子，并测试研究了纳米粒子薄膜的热稳定性；研究了覆纳米粒子薄膜钡钨阴极的发射特性，阴极直流发射达到31.4A/cm2 ，且拐点非常明显，说明覆纳米粒子薄膜阴极在高的直流发射电流密度的情况下也具有良好的发射均匀性；阴极的脉冲发射电流密度达到108A/cm2 ，寿命达到1500小时。. 在国际上首次利用飞行时间质谱仪（TOFMS）研究了阴极蒸发特性，实验表明TOFMS是一种快速准确方便测量阴极蒸发的新方法。分析了氧化物阴极、浸渍阴极的蒸发成分，发现浸渍阴极的主要成分是Ba和BaO,Ba的蒸发约是BaO的3-6倍。研究发现阴极各种成分蒸发的速率的对数与温度的倒数成很好的线性关系。研究发现阴极蒸发速率的对数与阴极加热时间的对数成线性关系，阴极加热50小时后，其蒸发速率约下降到初始的五分之一，采用飞行时间质谱（ToFMS）测试了真空本底和各种阴极蒸发物的成分，测试结果表明飞行时间质谱仪具有很高的灵敏度，比较了不同阴极蒸发速率的大小，发现纳米粒子薄膜阴极比普通覆膜阴极的蒸发速率降低约30%。. 研究了热阴极支取发射电流对阴极温度的影响, 发现阴极在支取的发射电流密度为2.92 A/cm2时, 阴极温度在恒压和恒流模式加热下分别下降了29℃和35℃。 用热电子发射理论对实验结果进行了分析, 推导出阴极温度随支取发射电流变化的关系公式。 公式表明阴极温度的下降值与支取发射电流成正比, 公式与实验结果非常符合。. 为了克服传统热子制备工艺的缺点，避免螺旋腿部分的钨或钨合金丝出现损伤，采用高温焊料焊接技术将螺旋丝与插腿焊接在一起，从而制备出具有螺旋腿与插腿之间接触电阻小、耐震动性能好、抗热冲击性能好和可靠性高等优点的热阴极用热子。采用新方法制备的热子在1100℃高温下寿命已超过3000小时没有出现断路现象,目前在各种微波管上使用了新方法制备的热子，没有出现一支短路。