ХОЛОДНЫЙ КАТОД
COLD CATHODE

Изобретение относится к области углеродных наноструктур, а именно слоев углеродных нанотрубок на металлических подложках, применяемых в качестве холодных катодов (автоэлектронных источников эмиссии). Преимуществами холодных катодов по сравнению с другими видами источников свободных электронов являются малая чувствительность к внешней радиации, отсутствие накала, высокая плотность тока автоэмиссии, безыинерционность. Совокупность вышеуказанных свойств обуславливает перспективность использования катодов в различных электронных приборах, таких как электронно-лучевые приборы, плоские дисплейные экраны, катодолюминесцентные источники света и так далее. Холодные катоды могут применяться, например, для инжекции зарядов в объем конденсированных сред при криогенных температурах, что используется для изучения свойств твердого и сверхтекучего гелия, жидкого водорода.
Известен токопроводящий слой углеродных нанотрубок на металлической подложке [Устройство для получения массивов углеродных нанотрубок на металлических подложках. Патент РФ на изобретение №2471706, опубл. 10.01.2013 г.] - прототип, состоящий из металлической подложки и слоя углеродных нанотрубок, осажденных методом дугового разряда. Основным недостатком конструкции-прототипа является сложность изготовления, т.к. для получения слоя углеродных нанотрубок на металлической подложке требуется устройство, состоящее из двух графитовых электродов, расположенных соосно и перемещаемых навстречу друг другу водоохлаждаемыми штоками, и снабженное скользящими графитовыми токоподводами, выполненными в виде колец, в которых установлены графитовые электроды, электроизолированные от штоков, причем на катоде установлены сменные вставки из электротехнической нелегированной стали, являющиеся подложками для осаждения слоев углеродных нанотрубок, закрепленные графитовыми винтами.
Задачей данного изобретения является создание простого в изготовлении холодного катода без снижения его эксплуатационных характеристик.
Эта задача решается в предлагаемом холодном катоде, содержащем слой углеродных нанотрубок и металлическую подложку, за счет того, что металлическая подложка пористая, а между металлической подложкой и слоем углеродных нанотрубок содержится слой углеродной сажи.
Такой холодный катод может быть изготовлен следующим образом: на пористую поверхность диска из нержавеющей стали механически наносят слой углеродной сажи, а затем сверху равномерно насыпают нанотрубки, которые механически втирают в слой сажи. Полученный холодный катод существенно проще в изготовлении по сравнению с прототипом, так как механическое нанесение слоев сажи и углеродных нанотрубок на металлическую подложку в указанной последовательности возможно непосредственно при комнатной температуре без использования защитных сред и специальных устройств. Использование сажи, как показали эксперименты, улучшает механический контакт нанотрубок с металлической поверхностью подложки. Такие структуры являются токопроводящими.
Фотография рабочей поверхности холодного катода (со стороны слоя нанотрубок), состоящего из пористой металлической подложки, слоя сажи и слоя углеродных нанотрубок, представлена на фиг. 1. На фиг. 2 схематично представлено поперечное сечение холодного катода, где 1 - пористая металлическая подложка; 2 - слой сажи; 3 - слой углеродных нанотрубок. Вольт-амперная характеристика такого холодного катода в сверхтекучем гелии представлена на фиг. 3, кривая 1. Для сравнения на фиг. 3, кривая 2, представлена вольт-амперная характеристика катода-прототипа. Из представленных графиков видно, что эксплуатационные характеристики изделий практически совпадают: напряжения начала эмиссии электронов имеют близкие значения, а максимальные токи эмиссии одинаковы.
Таким образом, полностью решена поставленная задача создания простого в изготовлении холодного катода без снижения его эксплуатационных характеристик.