Loading [MathJax]/jax/output/HTML-CSS/jax.js

Эмиссионные свойства катодных материалов на основе композитов LаNi5–УНТ

И. М. Сидорченко1, Н. А. Шевченко1, Е. А. Цапко1, И. Е. Галстян1, Г. Ю. Михайлова1, Е. Г. Лень1,2

1Институт металлофизики им. Г. В. Курдюмова НАН Украины, бульв. Академика Вернадского, 36, 03142 Киев, Украина
2Киевский 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), LaNi5, УНТ+LaNi5, УНТ+LaNi5+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 LaNi5 и достигает 13 мА; максимальный эмиссионный ток от катода из LaNi5 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 LaNi5 повышает порог эмиссии для композита почти в 10 раз, а максимальную плотность эмиссионного тока — в 2 раза (с 3 до 6 А/см2). 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 LaNi5+УНТ при содержании УНТ в количестве до 30 вес. %. Наибольшее значение плотности эмиссионного тока (13,6 А/см2) наблюдается для образца УНТ+LaNi5+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+LaNi5+Cs и УНТ на Ni подложке. Медленное изменение во времени эмиссионных свойств УНТ+LaNi5+Cs вызвано диффузией цезия из объёма образца на его поверхность и восстановлением оксида LaNi5. 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


ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
  1. A. Polman, M. Knight, E. C. Garnett, B. Ehrler, and W. C. Sinke, Science, 352: aad4424 (2016). Crossref
  2. Ж. И. Алферов, В. М. Андреев, В. Д. Румянцев, Физика и техника полупроводников, 38, № 8: 937 (2004). Crossref
  3. Н. Д. Моргулис, УФН, 70, № 4: 679 (1960). Crossref
  4. А. В. Елецкий, УФН, 172, № 4: 401 (2002). Crossref
  5. Yu. V. Gulyaev, L. A. Chernozatonskii, and Z. Ya. Kosakovskaya, Revue ‘Le Vide, les Couches Minces’, Suppliment, No. 271: 322 (1994).
  6. В. Б. Елисеев, А. П. Пятницкий, Д. И. Сергеев, Термоэмиссионные преобразователи энергии (Москва: Атомиздат: 1970).
  7. М. М. Нищенко, Г. Ю. Михайлова, Б. В. Ковальчук, Наукоємні технології, 3 (11–12): 93 (2011).
  8. Е. Т. Кучеренко, Справочник по физическим основам вакуумной техники (Киев: Вища школа: 1981).
  9. В. Л. Грановский, Электрический ток в газе (Москва: Гостехтеориздат: 1952).
  10. M. M. Nischenko, N. A. Shevchenko, D. V. Schur, V. A. Bogolepov, A. G. Dubovoi, and I. M. Sidorchenko, Inorganic Materials: Applied Research, 1, No. 4: 276 (2010). Crossref
  11. H. Yu. Mykhaylova, E. G. Len, I. Ye. Galstyan, E. A. Tsapko, O. Yu. Gerasymov, V. I. Patoka, I. M. Sidorchenko, and M. M. Yakymchuk, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 4: 575 (2020). Crossref
  12. I. Ye. Galstian, E. G. Len, E. A. Tsapko, H. Yu. Mykhaylova, V. Yu. Koda, M. O. Rud, M. Ya. Shevchenko, V. I. Patoka, M. M. Yakymchuk, and G. O. Frolov, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 4: 451 (2020). Crossref