论文题目: 新型铁电阴极材料电子发射特性及机理研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料物理与化学
作者: 陈忠道
导师: 张树人
关键词: 铁电阴极,测试系统,发射电流密度,铁电电子发射机理,真空二极管
文献来源: 电子科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 铁电阴极材料是一种在脉冲电压或脉冲激光激励下从铁电材料表面获得脉冲强流电子发射的新型功能材料。目前,它作为一种极有前途的阴极材料,已引起各国科学家的高度重视。本文主要就:1) 铁电阴极材料的制备;2) 电子发射测试系统的搭建;3) 电子发射试验的开展;4) 发射结果及机理的分析;5) 铁电阴极材料器件化的尝试等五个方面详细论述铁电阴极试验研究中取得的最新成果及经验。我们扩展了铁电阴极材料研究体系并建立了高效而可靠的测试系统,从而掌握了铁电阴极试验研究的核心技术;通过精细的微观及显微结构分析,结合材料极化特性的变化,从对比分析材料电子发射波形入手,对铁电阴极的电子发射特性及机理做出规律性的理论分析,得到具有自主技术特征的研究结果;在此基础上,进行了铁电真空二极管的试制,为铁电阴极的开发应用奠定了坚实的基础。论文研究主要内容如下: 1.在已有锆钛酸铅（PZT）材料研究基础上,着重对锆钛酸铅（PZT）、钛酸钡（BT）和钛酸铋钠（BNBT）这三个材料体系进行了深入系统研究。针对不同材料制作工艺、不同极化条件和不同发射试验条件下铁电阴极的电子发射性能,研究了发射性能与介电性能、压电性、铁电性和微观结构之间存在的关系。其中,对BT、BNBT两种环保无铅铁电材料电子发射性能的详细研究,并公开报道了其最大发射电流密度分别为30A/cm2、20A/cm2,这在国际上尚属首次。这对于扩展铁电材料研究体系,推动铁电材料的无铅化研究,具有启迪意义。 2.建立和改进高效率的电子发射电流密度测试系统,为理论分析和材料设计提供可靠的实验数据。从分析电磁干扰产生的来源机理出发,采用接地、屏蔽、线路匹配以及其他手段,有效地降低高压脉冲电子发射试验时,外界对电子发射信号的干扰强度,确保了试验工作的顺利开展。 3.研究了不同材料、不同结构的铁电阴极在不同激励电压脉冲作用下,能够达到的电子发射电流密度,对其束发射度和束亮度等发射稳定性进行了计算分析。通过试验数据的对比、归纳,优化铁电阴极的结构设计,确定铁电阴极的组分和电学参数与发射性能的匹配关系,获取最大的电流发射密度。尤其是采用硅橡胶作绝缘保护层,解决了样品击穿阈值过低的难题,提高了电子发射电流密度。 4.首次研究了铁电阴极陶瓷材料的压电参数与电子发射试验之间的关系,发现了压电系数d33在电子发射过程中呈现的带有普遍意义的变化规律,并对相关机制做了解释。同时,也研究了试验条件对电子发射的影响。 5.研究了铁电电子发射机理,提出了新的观点。从电子发射波形分析入手,
论文目录:
第一章 绪论
1．1 引言
1．2 阴极材料发展历史
1．3 阴极材料研究现状
1．4 选题意义、研究目标和研究内容
1．4．1 选题意义
1．4．2 研究目标
1．4．3 研究内容
1．4．4 拟解决的关键问题
1．5 论文研究路线
1．5．1 论文研究路线
1．5．2 铁电阴极材料制备
1．5．3 铁电阴极样品制备以及电子发射试验
1．6 论文特色以及创新之处
1．7 论文内容
第二章 铁电体基础理论
2．1 铁电体基础知识
2．2 铁电体的电畴
2．3 铁电体的相变
2．4 反铁电体
2．5 铁电体的应用
2．5 铁电体电子发射机理
2．6 铁电体电子发射理论模型
第三章 强电流铁电材料的制备
3．1 常见铁电陶瓷材料
3．1．1 BaTiO_3基铁电陶瓷材料
3．1．2 铅基铁电陶瓷材料
3．2 强电流铁电材料的选择
3．2．1 相变材料的选择
3．2．2 实际采用铁电阴极材料
3．3 铁电材料的制备
3．3．1 铁电材料的制备工艺流程
3．3．2 粉体的制备
3．3．3 粉体的塑化
3．3．4 粉体的造粒
3．3．5 材料成型工艺
3．3．6 材料排塑工艺
3．3．7 预烧
3．3．8 烧结
3．3．9 极化
3．3．10 电极制备
3．4 铁电阴极测试样品
3．5 铁电材料性能测试
3．5．1 铁电材料电性能参数
3．5．2 铁电材料电性能测试
3．5．3 居里温度测量
3．5．4 电滞回线测量
3．6 铁电材料制备工艺设备以及性能测试仪器
第四章 铁电电子发射电流密度测试系统的建立
4．1 测试电路原理图
4．2 电磁干扰控制
4．2．1 电磁干扰防护及电磁兼容的基本概念
4．2．2 电磁干扰防护
4．2．3 导线对导线的干扰及屏蔽措施
4．2．4 接地与接地阻抗引起的干扰
4．2．5 辐射性共模干扰及地环路干扰
4．2．6 辐射性差模干扰
4．2．7 电力线与电源系统的干扰
4．3 测试系统的改进
4．3．1 电子发射测试系统的建立
4．3．2 电子发射测试系统的改进
4．4 测试系统测试可靠性的验证
4．4．1 同一铁电样品测试系统改进前后波形对比
4．4．2 不同发射样品测试系统改进前后波形对比
4．4．3 利用电容参数试验结果估算验证测试系统可靠性
第五章 电子发射电流密度、束发射度和束亮度测试计算
5．1 铁电样品电子发射试验测试准备
5．1．1 铁电样品电子发射试验测试条件
5．1．2 电子发射测试过程
5．2 试验条件对发射性能的影响
5．2．1 等静压工艺对发射结果影响
5．2．2 温度对发射结果影响
5．2．3 真空度对发射结果影响
5．2．4 绝缘保护层对发射结果影响
5．2．5 极间距对发射结果影响
5．2．6 收集极对发射结果影响
5．2．7 铜网对发射结果影响
5．3 不同铁电样品电子发射电流密度
5．3．1 锆钛酸铅铁电材料电子发射
5．3．2 钛酸钡铁电材料电子发射
5．3．3 钛酸铋钠铁电材料电子发射
5．3．4 三种铁电材料电子发射对比分析
5．3．5 反铁电材料电子发射
5．4 铁电阴极材料束发射度、束亮度测试计算
第六章 铁电电子发射试验现象与机理分析探讨
6．1 压电系数在铁电电子发射前后的变化
6．1．1 偶然现象的注意
6．1．2 同一体系不同组分样品电子发射前后压电系数变化d_(33)的变化
6．1．3 同一样品不同电子发射次数后压电系数d_(33)的变化
6．1．4 不同预极化状态电子发射前后压电系数d_(33)的变化
6．1．5 其他铁电材料压电系数d_(33)随电子发射变化规律
6．1．6 分析讨论
6．2 由电子发射波形分析电子发射机理
6．2．1 与空载时波形对比
6．2．2 三种材料电子发射波形对比
6．2．3 铁电电子发射机理分析讨论
6．2．4 铁电电子发射机理对压电系数变化规律的解释
6．3 铁电电子发射机理的试验证实
6．3．1 样品厚度与电子发射的关系
6．3．2 新型铁电样品与电子发射的关系
6．3．3 电极形状与电子发射的关系
6．3．4 电子发射面与电子发射的关系
第七章 铁电电子发射过程中材料其他性能参数变化
7．1 介电常数与损耗因子电子发射前后的变化
7．2 X—射线衍射结果分析
第八章 铁电电子真空二极管研究试制
8．1 真空二极管的初始设计
8．2 真空二极管的优化改进
8．2．1 专用真空室
8．2．2 电子收集回路
8．2．3 真空小室的组成
8．3 真空二极管试验
8．3．1 波形对比
8．3．2 电子发射电流发射密度
第九章 结论与展望
9．1 结论
9．2 展望
致谢
参考文献
攻博期间发表文章
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发布时间: 2005-09-23
参考文献
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