CN114646995A - 电子束检测装置及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子束检测装置，包括：一法拉第杯，该法拉第杯具有一开口；一多孔碳材料层，该多孔碳材料层设置在所述法拉第杯的表面且在所述开口处悬空设置，该多孔碳材料层悬空的长度大于等于待测电子束的最大直径；以及一电表，该电表与所述多孔碳材料层电连接，用于测试待测电子束和多孔碳材料层相对移动过程中多孔碳材料层中的电荷形成的电信号，并根据电信号随着待测电子束和多孔碳材料层相对移动的距离的变化，得到待测电子束的尺寸。本发明还提供一种采用上述电子束检测装置检测电子束的检测方法。

Description

电子束检测装置及检测方法

技术领域

本发明涉及一种电子束检测装置及检测方法，尤其涉及一种采用多孔碳材料线状结构或条状结构的电子束检测装置及检测方法。

背景技术

电子在电场中受力而加速、能量提高，并在真空中汇集成束产生电子束。电子束技术已在高温合金的成型制造与精炼、高温合金的焊接、表面改性以及涂层制备等领域得到了广泛应用，并将不断涉足航空航天、国防军工以及核工业等各个领域中。电子束的形状和大小直接影响到其在应用中达到的效果。因此，电子束检测装置以及检测方法非常重要。

现有的采用金属片的电子束检测装置及检测方法中，将所测得的电学曲线进行微分后得到电子束斑的尺寸，操作简单。然而，该检测方法中，电子束在金属片边缘会有各种散射，导致测量不准。因此，提供一种测量结果准确的电子束检测装置及检测方法将具有非常重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种测量结果准确的电子束检测装置以及检测方法。

一种电子束检测装置，包括：

一法拉第杯，该法拉第杯具有一开口；

一多孔碳材料层，该多孔碳材料层为一多孔碳材料线状结构或一多孔碳材料条状结构，该多孔碳材料层设置在所述法拉第杯的表面且在所述开口处悬空设置，该多孔碳材料层悬空的长度大于等于待测电子束的最大直径，该多孔碳材料线状结构的直径以及该多孔碳材料条状结构的宽度均小于待测电子束横截面的最小直径，该多孔碳材料层由多个碳材料颗粒组成，该多个碳材料颗粒之间存在纳米级或微米级的间隙；以及

一电表，该电表与所述多孔碳材料层电连接。

一种电子束检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，提供如权利要求1～7中任一项的电子束检测装置；

步骤S2，使待测电子束相对于多孔碳材料层移动，待测电子束整体的横截面经过多孔碳材料层的悬空部分，进而实现待测电子束对多孔碳材料层的扫描，并在移动的过程中，记录待测电子束或多孔碳材料层移动的距离及电表中的电信号值，得到一第一曲线，通过分析该第一曲线得到待测电子束的第一直径；以及

步骤S3，使所述待测电子束或多孔碳材料层旋转一定的角度，使所述待测电子束相对于多孔碳材料层移动，待测电子束整体的横截面经过多孔碳材料层的悬空部分，进而实现待测电子束对多孔碳材料层的扫描，并在移动的过程中，记录待测电子束或多孔碳材料层移动的距离及电表中的电信号值，得到一第二曲线，通过分析该第二曲线得到待测电子束的第二直径。

相较于现有技术，本发明所提供的电子束检测装置采用悬空设置在法拉第杯上的一多孔碳材料层，该多孔碳材料层包括多个碳材料颗粒，该多个碳材料颗粒之间存在纳米级或微米级的间隙，待测电子束中的电子会在多孔碳材料层中的多个碳材料颗粒之间的间隙间进行多次折射、反射，而不能从多孔碳材料层中发射出去，所述多孔碳材料层对电子的吸收率能够达到 97％以上，几乎可以达到100％，可以看成是电子的绝对黑体。因此，在检测时，电子束经过多孔碳材料层的悬空部位，电子束与多孔碳材料层相交时，电子束的电子全部被多孔碳材料层吸收，不会在多孔碳材料层的边缘发生各种散射，降低检测准确率。因此，本发明的提供的电子束检测装置及检测方法的测量结果准确较高。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的电子束检测装置的结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的非扭转的碳纳米管线的扫描电子显微镜照片。

图3为本发明第一实施例提供的扭转的碳纳米管线的扫描电子显微镜照片。

图4为本发明采用图1所述的电子束测试装置测试电子束时的扫描电镜照片。

图5为本发明采用图1所述的电子束测试装置测试电子束时待测电子束相对于所述碳纳米管线状结构运动过程的俯视示意图。

图6为采用图1所述的电子束测试装置测试一电子束时，电表测得到电流强度随待测电子束的移动距离的变化曲线。

图7为本发明第二实施例提供的电子束检测装置的结构示意图。

图8为本发明第二实施例提供的电子束检测方法的流程图。

主要元件符号说明

电子束检测装置 10，20

基板 102

通孔 1021

多孔碳材料层 103，203

法拉第杯 104

开口 1041

电表 105

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明提供的电子束检测装置以及检测方法进行详细说明。

请参阅图1，本发明第一实施例提供一种电子束检测装置10。该电子束检测装置10包括一基板102，一多孔碳材料层103，一法拉第杯104，以及一电表105。所述电表105的一个接线柱与所述多孔碳材料层103电连接，另一个接线柱接地。

所述基板102具有一通孔1021。该多孔碳材料层103设置在所述基板102 的表面且在该通孔1031处悬空设置，所述多孔碳材料层103的悬空部分的长度大于等于待测电子束的最大直径。所述法拉第杯104具有一开口1041，所述法拉第杯104设置于所述基板102的下方，所述开口1041与所述通孔1021贯通设置。所述法拉第杯104用于收集穿过所述通孔1031且没有被悬空设置的多孔碳材料层103吸收的电子，进而避免没有被悬空设置的多孔碳材料层103 吸收的电子被反射产生二次电子再次被悬空设置的多孔碳材料层103吸收，影响电子束检测的精确度。

所述基板102优选为一平整结构。该基板102的材料为绝缘材料。例如，玻璃、塑料、硅片、二氧化硅片、石英片、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、硅、形成有氧化层的硅、石英等。所述基板102 的形状和尺寸根据实际需要进行设计。本实施例中，所述基板102为一长方体的硅基板。

可以理解，所述基板102是一个可选择元件，并不是必需的。例如，在某实施例中，所述电子束检测装置10中不包括所述基板102，所述多孔碳材料层103直接设置在法拉第杯104的上表面，且多孔碳材料层103通过法拉第杯105的开口1051悬空设置。

所述多孔碳材料层103为一多孔碳材料线状结构或一多孔碳材料条状结构。当所述多孔碳材料层103为多孔碳材料线状结构时，所述多孔碳材料线状结构的直径小于待测电子束横截面的最小直径。优选的，所述碳纳米管线状结构103的直径范围为小于等于20微米。当所述多孔碳材料层103为多孔碳材料条状结构时，该多孔碳材料条状结构的宽度小于待测电子束横截面的最小直径。所述多孔碳材料线状结构的直径或多孔碳材料条状结构的宽度远小于待测电子束的横截面的直径，而且多孔碳材料线状结构的直径或多孔碳材料条状结构的宽度越小，检测的精确度越高。优选的，所述多孔碳材料条状结构的宽度范围为小于等于20微米。

所述多孔碳材料层103由多个碳材料颗粒组成，该多个碳材料颗粒之间存在微小间隙。该多个碳材料颗粒之间的间隙优选为纳米级或微米级。所述微米级是指尺寸小于等于1000微米，纳米级是指尺寸小于等于1000纳米。进一步地，所述微米级是指尺寸小于等于100微米，纳米级是指尺寸小于等于 100纳米。该间隙的尺寸优选为5微米～50微米。更优选的，该间隙的尺寸为5 微米～30微米。该多孔碳材料层103为一自支撑结构。所谓“自支撑”即该多孔碳材料层103无需通过设置于一基体表面，也能保持自身特定的形状。

所述多孔碳材料层103中的多个碳材料颗粒之间存在微小间隙，电子束进入到该多孔碳材料层103之后，会在多孔碳材料层103中的多个碳材料颗粒之间的微小间隙间进行多次折射、反射，而不能从多孔碳材料层103中发射出去。所述多孔碳材料层103对电子的吸收率达到99.99％以上，几乎可以达到100％。也就是说，该多孔碳材料层103可以看成是电子的绝对黑体。当电子束经过多孔碳材料层103中的悬空部位，电子束与多孔碳材料层103的悬空部分相交时，电子束的电子全部被多孔碳材料层103中吸收，不会在多孔碳材料层103中的边缘发生各种散射，降低检测准确率。

所述碳材料颗粒包括线状颗粒和球状颗粒的一种或两种。所述线状颗粒的横截面的最大直径小于等于1000微米。所述线状颗粒可以为碳纤维、碳微米线、碳纳米管等。所述球状颗粒的最大直径小于等于1000微米。所述球状颗粒可以为碳纳米球或者碳微米球等。。优选的，所述碳材料颗粒为碳纳米管，所述多孔碳材料层103为一碳纳米管线状结构或碳纳米管条状结构。该碳纳米管线状结构或碳纳米管条状结构优选为纯碳纳米管结构，是指该碳纳米管线状结构或碳纳米管条状结构仅包括碳纳米管，不含有其它杂质，而且碳纳米管也为纯碳纳米管。本实施例中，所述多孔碳材料层103为一碳纳米管线状结构。

所述碳纳米管线状结构可以包括一条或多条碳纳米管线。当包括多条碳纳米管线时，该多条碳纳米管线可以缠绕、层叠或共平面并列设置。所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。

请参阅图2，所述非扭转的碳纳米管线包括多个沿该非扭转的碳纳米管线长度方向排列的碳纳米管。非扭转的碳纳米管线可通过将碳纳米管拉膜通过有机溶剂处理得到。所谓碳纳米管拉膜即为从碳纳米管阵列中直接拉取获得的一种具有自支撑性的碳纳米管膜。具体地，该碳纳米管拉膜包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。具体地，可将有机溶剂浸润所述碳纳米管拉膜的整个表面，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，碳纳米管拉膜中的相互平行的多个碳纳米管通过范德华力紧密结合，从而使碳纳米管拉膜收缩为一非扭转的碳纳米管线。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿。通过有机溶剂处理的非扭转碳纳米管线与未经有机溶剂处理的碳纳米管膜相比，比表面积减小，粘性降低。

请参阅图3，所述扭转的碳纳米管线由多个碳纳米管基本平行排列并沿该扭转的碳纳米管线的轴向旋转加捻构成。所述扭转的碳纳米管线可以通过将所述非扭转的碳纳米管线的两端相对回转形成。在将所述非扭转的碳纳米管线的两端相对回转的过程中，该非扭转的碳纳米管线中的碳纳米管会沿碳纳米管线的轴向方向螺旋状排列，且在延伸方向通过范德华力首尾相连，进而形成所述扭转的碳纳米管线。所述碳纳米管单纱为S捻或Z捻。另外，在将所述非扭转的碳纳米管线的两端相对回转的过程中，所述非扭转的碳纳米管线中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的间距会变小，接触面积增大，从而使所述扭转的碳纳米管线中沿径向方向相邻的碳纳米管之间的范德华力显著增加，并紧密相连。

所述电表104用于对多孔碳材料层103中产生的电荷进行测试并进行数值转换形成一电信号。所述电表104可以为电流表或电压表等。本实施例中，所述电表104为一电流表，用于测试所述多孔碳材料层103中的电荷产生的电流值。

所述电子束检测装置10在使用时，所述基板102，多孔碳材料层103，以及法拉第杯104设置于一真空腔室内，该真空腔室具有一入口，待测电子束通过该入口进入到真空腔室内。通过待测电子束相对于多孔碳材料层103移动实现待测电子束对多孔碳材料层103的悬空部分进行扫描，该相对移动可以通过移动待测电子束实现，也可以通过移动多孔碳材料层103实现。本实施例中，通过移动待测电子束，使得待测电子束对多孔碳材料层103的悬空部分进行扫描。优选的，所述待测电子束的移动方向与多孔碳材料层103的长度方向垂直。在待测电子束相对于多孔碳材料层103相对移动的过程中，打到多孔碳材料层103上的电子束的大小是变化的，因此，多孔碳材料层103 产生的电荷量也是变化的，根据电表104中的电信号随着待测电子束移动距离的变化曲线就可以得到待测电子束的一个直径。通过待测电子束沿多个不同直径方向垂直于所述多孔碳材料层103的长度方向移动，进而可以得到待测电子束的多个直径，取该多个直径的平均值，即可得到待测电子束的尺寸。本实施例中，分别测试水平方向和垂直方向的两个直径。优选的，待测电子束相对于多孔碳材料层103移动时，待测电子束打到多孔碳材料层103的悬空部分，没有电子束打到与基底102直接接触的多孔碳材料层103的两端。

当待测电子束沿一个直径方向垂直于所述多孔碳材料层103的长度方向移动之后，可以通过旋转待测电子束或旋转所述多孔碳材料层103实现待测电子束沿另一个直径方向垂直于所述多孔碳材料层103的长度方向移动。也就是说，通过旋转待测电子束或旋转所述多孔碳材料层103实现待测电子束沿多个直径方向垂直于所述多孔碳材料层103的长度方向移动。本实施例中，所述多孔碳材料层103设置于所述基底102上，通过旋转基底102，进而改变多孔碳材料层103的方向。请参阅图4，为本实施例中采用所述电子束测试装置10测试电子束时的扫描电镜照片，其中，图4a为保持待测电子束的第一直径与碳纳米管线状结构长度方向平行的情况下，沿垂直于碳纳米管线状结构的长度方向移动待测电子束时的电镜照片；然后将碳纳米管线状结构的旋转 90度，图4b为保持待测电子束的第二直径与碳纳米管线状结构的长度方向平行的情况下，沿垂直于碳纳米管线状结构的长度方向移动待测电子束时的电镜照片。

请参阅图5，在待测电子束相对于所述碳纳米管线状结构运动的过程中，一开始待测电子束没有打到悬空的碳纳米管线状结构上，此时，碳纳米管线状结构中没有电荷产生，电表104中测得的电信号基本为零；待测电子束继续移动，会有少量的电子束打到该悬空的碳纳米管线状结构上，此时，碳纳米管线状结构中有少量电荷产生，而且随着移动的进行，打到悬空的碳纳米管线状结构上的电子束增加，碳纳米管线状结构中产生的电荷增加，直到待测电子束在与移动方向的垂直方向上的最大直径与悬空的碳纳米管线状结构重合时，碳纳米管线状结构中产生的电荷达到最大，此时，电表104中测得的电信号值也最大；继续移动，碳纳米管线状结构中产生的电荷逐渐变小，电表104中测得的电信号值也逐渐变小。因此，电流值由零开始增加的点到电流值再次降零时的点的距离，就是待测电子束的一个直径的长度。

请参阅图6，为本实施例中采用所述电子束测试装置10测试一电子束时，所述电流表测得到电流强度随待测电子束的移动距离的变化曲线。由图中可以看出，该电子束在两个方向上的直径基本相同，均为420微米左右。由图中还可以看出，采用所述电子束测试装置10测得到电流强度随待测电子束的移动距离的变化曲线与电流强度随待测电子束的移动距离变化的标准曲线基本吻合，进而说明所述电子束测试装置10的检测准确率较高。

本发明提供的电子束测试装置10中的多孔碳材料层包括多个碳材料颗粒，该多个碳材料颗粒之间存在纳米级或微米级的间隙，待测电子束中的电子会在多孔碳材料层中的多个碳材料颗粒之间的间隙间进行多次折射、反射，而不能从多孔碳材料层中发射出去，此时，所述多孔碳材料层对电子的吸收率能够达到99.99％以上，几乎可以达到100％，可以看成是电子的绝对黑体。当有待测电子束照射到所述多孔碳材料层的悬空部分上时，照射到所述多孔碳材料层上的电子基本上全部被多孔碳材料层收集，不会在多孔碳材料层的边缘发生各种散射，降低检测准确率。因此，该方法测得到所述待测电子束的多个直径比较准确，进而使得所述电子束检测装置的精确度较高。所述法拉第杯用于收集穿过所述通孔且没有与悬空设置的多孔碳材料层交叉的电子束中的电子，进而可以避免没有被悬空设置的碳纳米管线状结构收集的电子被反射产生二次电子再次被悬空设置的多孔碳材料层收集，影响电子束检测的精确度。而且，本发明所提供的电子束检测装置采用一多孔碳材料层，通过待测电子束与多孔碳材料层相对运动就可以得到电子束的尺寸，电子束检测装置的结构非常简单。

请参阅图7，本发明第二实施例提供一种电子束检测装置20。该电子束检测装置20与第一实施例的电子束检测装置10基本相同，其区别仅在于，本实施例中的多孔碳材料层203为一碳纳米管条状结构。也就是说本实施例中采用一碳纳米管条状结构替代第一实施例中的碳纳米管线状结构。

所述碳纳米管条状结构可以包括一条状的多孔碳纳米膜或多个条状的碳纳米管膜层叠设置，只要保证条状的碳纳米管膜的宽度小于待测电子束横截面的最小直径即可。所述条状的碳纳米管膜可为一碳纳米管拉膜，一碳纳米管絮化膜，或一碳纳米管碾压膜。所述碳纳米管条状结构也可以包括一条状的碳纳米管纸或多个条状碳纳米管纸层叠设置，只要保证条状的碳纳米管膜的宽度小于待测电子束横截面的最小直径即可。所述碳纳米管条状结构 203的宽度远小于待测电子束的直径，而且碳纳米管条状结构的宽度越小，检测的精确度越高。优选的，所述碳纳米管条状结构的宽度范围为小于等于 20微米。所述碳纳米管条状结构的悬空部分的长度大于等于待测电子束的最大直径。所述碳纳米管条状结构还可以为一碳纳米管网络结构，或者一碳纳米管阵列，只要保证碳纳米管网络结构或碳纳米管阵列的宽度小于小于待测电子束横截面的最小直径即可。本实施例中，所述碳纳米管条状结构由多个层叠设置的碳纳米管拉膜组成。

所述碳纳米管拉膜包括多个基本相互平行且基本平行于碳纳米管拉膜表面排列的碳纳米管。具体地，所述碳纳米管拉膜包括多个所述碳纳米管通过范德华力首尾相连且基本沿同一方向择优取向排列。所述碳纳米管拉膜可通过从碳纳米管阵列中直接拉取获得，为一自支撑结构。由于该自支撑结构的碳纳米管拉膜中大量碳纳米管通过范德华力相互吸引，从而使碳纳米管拉膜具有特定的形状，形成一自支撑结构。所述碳纳米管拉膜的厚度为0.5纳米～100微米，宽度与拉取该碳纳米管拉膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。所述碳纳米管拉膜的结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2 月9日申请的，于2008年8月13日公开的第CN101239712A号中国公开专利申请。为节省篇幅，仅引用于此，但所述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。所述碳纳米管拉膜中多数碳纳米管是通过范德华力首尾相连。某一实施例中，所述碳纳米管膜状结构由多层碳纳米管拉膜层叠且交叉形成，相邻的碳纳米管拉膜中的碳纳米管之间具有一交叉角度α，且该交叉角度α大于0度且小于等于90度，所述多个碳纳米管拉膜中的碳纳米管相互交织形成一网状的膜结构。

所述碳纳米管絮化膜包括多个相互缠绕且均匀分布的碳纳米管。所述碳纳米管之间通过范德华力相互吸引、缠绕，形成网络状结构，以形成一自支撑的碳纳米管絮化膜。所述碳纳米管絮化膜各向同性。该碳纳米管絮化膜可通过对一碳纳米管阵列絮化处理而获得。所述碳纳米管絮化膜的结构及制备方法请参见范守善等人于2007年4月13日申请，并于2008年10月15日公开的第CN101284662A号中国公开专利申请。为节省篇幅，仅引用于此，但所述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

所述碳纳米管碾压膜包括多个碳纳米管无序排列、沿一个方向择优取向排列或沿多个方向择优取向排列，相邻的碳纳米管通过范德华力结合。该碳纳米管碾压膜可以采用一平面压头沿垂直于上述碳纳米管阵列生长的基底的方向挤压上述碳纳米管阵列而获得，此时所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管无序排列，该碳纳米管碾压膜各向同性；所述碳纳米管碾压膜也可以采用一滚轴状压头沿某一固定方向碾压上述碳纳米管阵列而获得，此时所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管在所述固定方向择优取向；所述碳纳米管碾压膜还可以采用滚轴状压头沿不同方向碾压上述碳纳米管阵列而获得，此时所述碳纳米管碾压膜中的碳纳米管沿不同方向择优取向。所述碳纳米管碾压膜的结构及制备方法请参见范守善等人于2007年6月1日申请，于2008年12月3 日公开的第CN101314464A号中国公开专利申请。为节省篇幅，仅引用于此，但所述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

所述碳纳米管纸包括多个基本沿同一方向延伸排列的碳纳米管，且该多个碳纳米管在其延伸方向通过范德华力首尾相连，且所述多个碳纳米管基本平行于该碳纳米管纸的表面设置。所述碳纳米管纸的结构及制备方法请参见范守善等人于2011年12月21日申请，于2015年7月1日公告的第 CN103172044B号中国公告专利。为节省篇幅，仅引用于此，但所述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。

所述碳纳米管阵列优选为超顺排碳纳米管阵列，该超顺排碳纳米管阵列中碳纳米管的延伸方向基本相同。该超顺排碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。该超顺排碳纳米管阵列的尺寸、厚度及表面的面积不限，根据实际需要进行限定。所述超顺排碳纳米管阵列的制备方法已为众多前案公开，例如可参阅冯辰等人在2008年8月13日公开的中国专利申请CN101239712A。当然，所述碳纳米管阵列并不限定于所述超顺排碳纳米管阵列，也可以为其它碳纳米管阵列。

由于电子束的能量越高，其在碳纳米管条状结构中的穿透深度越深，反之，穿透深度越浅。对于能量小于等于20keV的电子束，优选的，所述碳纳米管条状结构的厚度范围为200微米到600微米，在该厚度范围内，电子束即不容易穿透碳纳米管条状结构，也不容易从碳纳米管条状结构中反射出去，在该范围内碳纳米管条状结构对电子的吸收率比较高。更优选的，所述碳纳米管条状结构的厚度为300-500微米。更优选的，所述碳纳米管条状结构的厚度范围为250-400微米。

本实施例除了采用碳纳米管条状结构替代第一实施例中的碳纳米管线状结构之外，其它技术特征均与第一实施例相同，为节省篇幅，在此不再赘述。

可以理解所述多孔纳米材料条状结构并不限定于本实施例中的碳纳米管条状结构，也可以为碳纤维、碳纳米球或其碳纳米线形成的自支撑的多孔纳米材料条状结构。

请参阅图8，本发明第二实施例还提供采用上述电子束检测装置10的检测电子束的方法，该检测方法具体包括一下步骤：

步骤S1，提供所述电子束检测装置10或20；

步骤S2，使待测电子束相对于多孔碳材料层103或203移动，待测电子束整体的横截面经过多孔碳材料层103或203的悬空部分，进而实现待测电子束对多孔碳材料层103或203的悬空部分的扫描，并在移动的过程中，记录待测电子束或多孔碳材料层103或203移动的距离及电表中的电信号值，得到一第一曲线，通过分析该第一曲线得到待测电子束的第一直径；以及

步骤S3，使所述待测电子束或多孔碳材料层103或203旋转一定的角度，使所述待测电子束相对于多孔碳材料层103或203移动，待测电子束整体的横截面经过多孔碳材料层103或203的悬空部分，进而实现待测电子束对多孔碳材料层103或203的悬空部分的扫描，并在移动的过程中，记录待测电子束或多孔碳材料层103或203移动的距离及电表中的电信号值，得到一第二曲线，通过分析该第二曲线得到待测电子束的第二直径。

步骤S1，所述电子束检测装置10为第一实施例中的电子束检测装置10，其包括第一实施例中电子束检测装置10的所有技术特征，所述所述电子束检测装置20为第二实施例中的电子束检测装置20，其包括第二实施例中电子束检测装置20的所有技术特征，在此不再赘述。

步骤S2中，所述待测电子束相对于多孔碳材料层103或203优选在垂直于所述多孔碳材料层的长度方向上移动。优选的，待测电子束相对于多孔碳材料层103或203移动时，待测电子束打到多孔碳材料层103或203的悬空部分，没有电子束打到与基底102直接接触的多孔碳材料层103的两端。

根据待测电子束或多孔碳材料层103或203移动的距离及电表中的电信号值得到一待测电子束或多孔碳材料层移动的距离与电信号值的变化曲线，变化曲线中电信号值由零开始增加的点到电流值再次降零时的点的距离，就是待测电子束的第一直径的长度。

步骤S3中，所述待测电子束或多孔碳材料层旋转的角度大于0度小于180 度。本实施例中，将多孔碳材料层进行旋转，旋转角度为90度。由于所述多孔碳材料层103或203设置于所述基底102上，可以通过旋转基底102，进而改变多孔碳材料层103或203的方向。

使所述待测电子束或碳纳米管线状结构旋转一定的角度之后，所述待测电子束相对于多孔碳材料层优选在垂直于所述多孔碳材料层的长度方向上移动。优选的，待测电子束相对于多孔碳材料层103或203移动时，待测电子束打到多孔碳材料层103或203的悬空部分，没有电子束打到与基底102直接接触的多孔碳材料层103或203的两端。

所述待测电子束或碳纳米管线状结构旋转一定的角度之后，根据待测电子束或多孔碳材料层移动的距离及电表中的电信号值得到待测电子束或多孔碳材料层移动的距离与电信号值的变化曲线，变化曲线中电信号值由零开始增加的点到电流值再次降零时的点的距离，就是待测电子束的第二直径的长度。

所述电子束的检测方法在检测时，将电子束检测装置10中的多孔碳材料层103，基板102以及法拉第杯104放置于一真空腔室内，待测电子束打到真空腔室内进行检测。

可以理解，在某些实施例中，为了增加电子束检测方法的精确度，在步骤S3之后进一步包括多次重复步骤S3，进而得到所述待测电子束的多个直径。

本发明所提供的电子束检测装置采用一多孔碳材料层，通过待测电子束与多孔碳材料层相对运动就可以得到电子束的尺寸，电子束检测方法非常简单。本发明所提供的电子束检测方法，可以通过待测电子束与多孔碳材料层进行多次相对运动得到待测电子束的多条直径，进而得到待测电子束的尺寸，因此，精确度比较高。而且，多孔碳材料层包括多个碳材料颗粒，该多个碳材料颗粒之间存在纳米级或微米级的间隙，待测电子束中的电子会在多孔碳材料层中的多个碳材料颗粒之间的间隙间进行多次折射、反射，而不能从多孔碳材料层中发射出去，此时，所述多孔碳材料层对电子的吸收率能够达到99.99％以上，几乎可以达到100％，可以看成是电子的绝对黑体。当有待测电子束照射到所述多孔碳材料层上时，照射到所述多孔碳材料层上的电子基本上全部被碳纳米管线状结构吸收，不会在碳纳米管线状结构的边缘发生各种散射，降低检测准确率。因此，该方法测得到所述待测电子束的多个直径比较准确，进而使得所述电子束检测装置的精确度较高。而且，在检测过程中，所述法拉第杯可以收集穿过所述通孔且没有与悬空设置的多孔碳材料层交叉的电子束中的电子，进而可以避免没有被悬空设置的多孔碳材料层收集的电子被反射产生二次电子再次被悬空设置的多孔碳材料层收集，进而提高电子束检测方法的精确度。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种电子束检测装置，包括：

一法拉第杯，该法拉第杯具有一开口；

一多孔碳材料层，该多孔碳材料层为一多孔碳材料线状结构或一多孔碳材料条状结构，该多孔碳材料层设置在所述法拉第杯的表面且在所述开口处悬空设置，该多孔碳材料层悬空的长度大于等于待测电子束的最大直径，该多孔碳材料线状结构的直径以及该多孔碳材料条状结构的宽度均小于待测电子束横截面的最小直径，该多孔碳材料层由多个碳材料颗粒组成，该多个碳材料颗粒之间存在纳米级或微米级的间隙；以及

一电表，该电表与所述多孔碳材料层电连接。

2.如权利要求1中所述的电子束检测装置，其特征在于，所述碳材料颗粒为碳纳米管、碳纤维、碳纳米线、碳微米球或碳纳米球中的一种或多种。

3.如权利要求1中所述的电子束检测装置，其特征在于，所述多孔碳材料线状结构为一碳纳米管线状结构，该碳纳米管线状结构包括一条或多条碳纳米管线，该碳纳米管线为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。

4.如权利要求1中所述的电子束检测装置，其特征在于，所述多孔碳材料条状结构为碳纳米管条状结构，该碳纳米管条状结构包括一条状的碳纳米管膜或多个条状的碳纳米管膜层叠设置；一条状的碳纳米管纸或多个条状的碳纳米管纸层叠设置；一碳纳米管网络结构；或者一碳纳米管阵列。

5.如权利要求1中所述的电子束检测装置，其特征在于，所述多孔碳材料线状结构的直径小于等于20微米。

6.如权利要求1中所述的电子束检测装置，其特征在于，所述电子束检测装置进一步包括一基板，该基板具有一通孔，该基板设置在法拉第杯和多孔碳材料层之间，且所述通孔与法拉第杯的开口贯通，所述多孔碳材料层设置在基板的表面，且在基板的通孔处悬空设置。

7.一种电子束检测方法，包括以下步骤：

步骤S1，提供如权利要求1～7中任一项的电子束检测装置；

步骤S2，使待测电子束相对于多孔碳材料层移动，待测电子束整体的横截面经过多孔碳材料层的悬空部分，进而实现待测电子束对多孔碳材料层的悬空部分扫描，并在移动的过程中，记录待测电子束或多孔碳材料层移动的距离及电表中的电信号值，得到一第一曲线，通过分析该第一曲线得到待测电子束的第一直径；以及

步骤S3，使所述待测电子束或多孔碳材料层旋转一定的角度，使所述待测电子束相对于多孔碳材料层移动，待测电子束整体的横截面经过多孔碳材料层的悬空部分，进而实现待测电子束对多孔碳材料层的悬空部分扫描，并在移动的过程中，记录待测电子束或多孔碳材料层移动的距离及电表中的电信号值，得到一第二曲线，通过分析该第二曲线得到待测电子束的第二直径。

8.如权利要求7所述的电子束检测方法，其特征在于，步骤S3之后进一步包括多次重复步骤S3，得到所述待测电子束的多个直径。

9.如权利要求7所述的电子束检测方法，其特征在于，步骤S2中，根据待测电子束或多孔碳材料层移动的距离及电表中的电信号值得到一待测电子束或多孔碳材料层移动的距离与电信号值的变化曲线，变化曲线中电信号值由零开始增加的点到电流值再次降零时的点的距离，就是待测电子束的第一直径的长度。

10.如权利要求7所述的电子束检测方法，其特征在于，步骤S2和S3中，所述待测电子束相对于多孔碳材料层的长度方向垂直移动。

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