Эмиссионные свойства катодных материалов на основе композитов LаNi$_5$–УНТ
И. М. Сидорченко$^{1}$, Н. А. Шевченко$^{1}$, Е. А. Цапко$^{1}$, И. Е. Галстян$^{1}$, Г. Ю. Михайлова$^{1}$, Е. Г. Лень$^{1,2}$
$^{1}$Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
$^{2}$Киевский академический университет НАН и МОН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
Получена: 23.08.2021; окончательный вариант - 11.10.2021. Скачать: PDF
Исследована эмиссия электронов под действием лазерного и/или концентрированного солнечного излучения от катодных материалов на основе углеродных нанотрубок (УНТ), LaNi$_5$, УНТ+LaNi$_5$, УНТ+LaNi$_5$+Cs, леса УНТ на Ni подложке, а также влияние процессов старения на эмиссионные свойства соответствующих образцов. Установлено, что для катода из углеродных нанотрубок при использовании анода из Мо эмиссионный ток при температуре около 240°C возрастает на порядок по сравнению с катодом из LaNi$_5$ и достигает 13 мА; максимальный эмиссионный ток от катода из LaNi$_5$ быстро возрастает при температурах выше 450°C при приложении дополнительного напряжения и при его значении в 90 В достигает 9 мА. Установлено, что добавление в УНТ интерметаллида LaNi$_5$ повышает порог эмиссии для композита почти в 10 раз, а максимальную плотность эмиссионного тока — в 2 раза (с 3 до 6 А/см$^{2}$). Такое повышение эмиссионных характеристик вызвано увеличением концентрации электронов за счёт передачи их нанотрубкам от металлических частиц, на что указывает значительно более высокая, чем у чистых многослойных углеродных нанотрубок, электропроводность композита LaNi$_5$+УНТ при содержании УНТ в количестве до 30 вес. %. Наибольшее значение плотности эмиссионного тока (13,6 А/см$^{2}$) наблюдается для образца УНТ+LaNi$_5$+Cs при относительно низкой энергии лазерного импульса (0,1 Дж). Этот материал показал и самые лучшие результаты при испытаниях на солнце. Исследование процессов старения выявило существенное ухудшение эмиссионных характеристик всех образцов, кроме нанокомпозита УНТ+LaNi$_5$+Cs и УНТ на Ni подложке. Медленное изменение во времени эмиссионных свойств УНТ+LaNi$_5$+Cs вызвано диффузией цезия из объёма образца на его поверхность и восстановлением оксида LaNi$_5$. Эмиссионные свойства леса УНТ на поверхности Ni под воздействием лазерного облучения возросли — прямой эмиссионный ток увеличился примерно в 4 раза за счёт улучшения со временем адгезии между УНТ и подложкой.
Ключевые слова: термоэмиссионные преобразователи, концентрированное солнечное излучение, лазерно-стимулированная эмиссия, композитные материалы «металл–углеродные нанотрубки», старение.
URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ru/abstract/v43/i12/1707.html
PACS: 68.37.Hk, 78.45.+h, 79.60.Jv, 79.70.+q, 81.05.U-, 85.30.Tv