基于场发射原理的碳纳米管真空系统压力传感技术研究

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真空技术在前沿科技与电真空器件中占有举足轻重的地位,真空电子器件至今仍缺乏可靠的测量方法用来获取其内部真空度,而对密封器件进行实时压强监控尤其困难。本工作设计了一种基于碳纳米管场发射和气体吸附的真空压力传感器,为解决上述问题提供了一种有效途径。本文通过热CVD法在合金基底上直接制备具有强附着性能的碳纳米管,将碳纳米管作为场发射阴极材料,实验表明小电流场发射下材料具有发射电流随真空压力升高而增长的传感效应。利用该传感性能,设计了一种测量腔体内部真空度的传感器。该传感器具备量程宽(1×10-71×10-2 Pa)、体积小(4×5×9 mm)、工作电压低(<2 kV)、功耗小(5μW~0.8 W)、无干扰、长寿命等优点。为研究传感器的使用性能,将传感器在工业环境下进行了测试,结果显示在6×10-6~1×10-3 Pa范围具有良好的传感性能。进一步将传感器封装在X光管中进行了测试,测试表明封装后40天内两个X光管的内部真空度在2.12×10-4~5.14×10-4 Pa之间,且X光管的真空度随放置时间的延长而变差,结果符合理论预期。实验研究显示传感器具备在密封器件内进行真空实时测量的能力,后期将进一步深入研究传感器在密闭电真空器件中的应用性能,并优化材料制备、器件设计和工作模式,使该新型传感器成为真空电子器件内原位实时检测真空度的有效手段。
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