Емісійні властивості катодних матеріалів на основі композитів LаNі$_5$–ВНТ
І. М. Сидорченко$^{1}$, М. Я. Шевченко$^{1}$, Є. А. Цапко$^{1}$, І. Є. Галстян$^{1}$, Г. Ю. Михайлова$^{1}$, Є. Г. Лень$^{1,2}$
$^{1}$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^{2}$Київський академічний університет НАН та МОН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
Отримано: 23.08.2021; остаточний варіант - 11.10.2021. Завантажити: PDF
Досліджено емісію електронів під дією лазерного випромінення та/або концентрованого сонячного світла від катодних матеріалів на основі вуглецевих нанотрубок (ВНТ), LaNi$_5$, ВНТ+LaNi$_5$, ВНТ+LaNi$_5$+Cs, лісу ВНТ на Ni підкладці, а також вплив процесів старіння на емісійні властивості відповідних зразків. Встановлено, що для катоду з вуглецевих нанотрубок при використанні аноду з Мо емісійний струм за температури біля 240°С зростає на порядок у порівнянні з катодом з LaNi$_5$ і сягає 13 мА; максимальний емісійний струм від катоду з LaNi$_5$ стрімко зростає за температур вище 450°С при прикладанні додаткової напруги і за її значення у 90 В сягає 9 мА. Встановлено, що додавання до ВНТ інтерметаліду LaNi$_5$ підвищує поріг емісії для композиту майже в 10 разів, а максимальну густину емісійного струму — в 2 рази (з 3 до 6 А/см$^{2}$). Таке підвищення емісійних характеристик викликано збільшенням концентрації електронів за рахунок передачі їх нанотрубкам від металевих частинок, на що вказує значно вища, ніж у чистих багатошарових вуглецевих нанотрубок, електропровідність композиту LaNi$_5$+ВНТ за вмісту ВНТ у кількості до 30 ваг. %. Найвищі значення густини емісійного струму (13,6 А/см$^{2}$) спостерігаються для зразка ВНТ+LaNi$_5$+Cs за відносно низької енергії лазерного імпульсу (0,1 Дж). Цей матеріал показав і найкращі результати при випробуванні на сонці. Дослідження процесів старіння виявило суттєве погіршення емісійних характеристик усіх зразків, окрім нанокомпозиту ВНТ+LaNi$_5$+Cs та ВНТ на Ni підкладці. Повільності змін у часі емісійних властивостей ВНТ+LaNi$_5$+Cs сприяє дифузія цезію з об’єму зразка на його поверхню та відновлення ним оксиду LaNi$_5$. Емісійні властивості лісу ВНТ на поверхні Ni під дією лазерного випромінення зросли — прямий емісійний струм збільшився приблизно у 4 рази за рахунок покращення з часом адгезії між ВНТ і підкладкою.
Ключові слова: термоемісійні перетворювачі, концентроване сонячне випромінення, лазерно-стимульована емісія, композити метал–вуглецеві нанотрубки, старіння.
URL: https://mfint.imp.kiev.ua/ua/abstract/v43/i12/1707.html
PACS: 68.37.Hk, 78.45.+h, 79.60.Jv, 79.70.+q, 81.05.U-, 85.30.Tv