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


ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
  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