EA029795B1 - Nanotube-based field emission cathode - Google Patents
Nanotube-based field emission cathode Download PDFInfo
- Publication number
- EA029795B1 EA029795B1 EA201400017A EA201400017A EA029795B1 EA 029795 B1 EA029795 B1 EA 029795B1 EA 201400017 A EA201400017 A EA 201400017A EA 201400017 A EA201400017 A EA 201400017A EA 029795 B1 EA029795 B1 EA 029795B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- nanotubes
- glass
- field emission
- emission cathode
- capillary
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
- H01J1/02—Main electrodes
- H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
- H01J1/304—Field-emissive cathodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
- H01J2201/30—Cold cathodes
- H01J2201/304—Field emission cathodes
- H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
- H01J2201/30453—Carbon types
- H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электронной техники и касается автоэмиссионных катодов из углеродных нанотрубок, размещенных в капиллярах стеклянной трубки. Катод включает набор остеклованных нанотрубок (в том числе углеродных), введенных внутрь хотя бы одного капилляра, выполненного в стеклянном стержне. В одном стержне можно выполнить произвольное количество заполненных нанотрубками капилляров. Нанотрубки характеризуются наличием адгезии к внутренним стенкам капилляра. Стеклянный стержень изготовлен из силикатного, или из кварцевого, или из органического стекла и может быть выполнен составным так, что составные части стеклянного стержня изготовлены из различных марок стекла. И стержень, и капилляр могут иметь форму цилиндра, или конуса, или призмы, или пирамиды. Стекло содержит включения углерода в виде графита, и(или) углерод в виде нанотрубок, и(или) добавки в виде металлов и(или) окислов металлов. Пустоты капилляра между нанотрубками заполнены проводящим материалом, или свинцом, или проводником, отличным от свинца, или легкоплавким стеклом. Снижение стоимости достигается за счет того, что острия для эмиссии могут быть созданы без применения дорогостоящих операций при формировании однослойных или многослойных нанотрубок.The invention relates to the field of electronics and relates to field emission cathodes of carbon nanotubes placed in the capillaries of a glass tube. The cathode includes a set of vitrified nanotubes (including carbon ones) inserted inside at least one capillary made in a glass rod. In one rod, an arbitrary number of capillaries filled with nanotubes can be made. Nanotubes are characterized by the presence of adhesion to the inner walls of the capillary. The glass rod is made of silicate, or quartz, or organic glass and can be made of composite so that the components of the glass rod are made of different brands of glass. And the rod and the capillary can be in the form of a cylinder, or a cone, or a prism, or a pyramid. Glass contains carbon inclusions in the form of graphite, and (or) carbon in the form of nanotubes, and (or) additives in the form of metals and (or) metal oxides. The voids of the capillary between the nanotubes are filled with a conductive material, or lead, or a conductor other than lead, or low-melting glass. Cost reduction is achieved due to the fact that the emission points can be created without the use of expensive operations in the formation of single-layer or multi-layer nanotubes.
029795 Β1029795 Β1
029795029795
Изобретение относится к области электронной техники и касается катодов, в частности автоэмиссионных катодов из углеродных нанотрубок, размещенных в капиллярах стеклянной трубки.The invention relates to the field of electronic technology and relates to cathodes, in particular field emission cathodes of carbon nanotubes placed in the capillaries of a glass tube.
Матричный автоэмиссионный катод эмитирует кончиками множества острий, расположенных в виде регулярного массива или матрицы. Для него важными параметрами выступают величина плотности тока, ее однородность по площади и стабильность во времени. Плотность упаковки острий и однородность тока эмиссии по их матрице обусловлена степенью идентичности их геометрических и электрических параметров. Если же однородность не обеспечена, появляется разброс электрического поля на остриях. Ток эмиссии тоже меняется от острия к острию из-за сильной зависимости тока автоэмиссии от величины электрического поля.Matrix field emission cathode emits the tips of a set of points, located in the form of a regular array or matrix. For him, the important parameters are the value of current density, its uniformity in area, and stability over time. The packing density of the edges and the uniformity of the emission current over their matrix is due to the degree of identity of their geometric and electrical parameters. If homogeneity is not ensured, the electric field spreads on the tips. The emission current also varies from tip to edge due to the strong dependence of the auto-emission current on the magnitude of the electric field.
Известен способ изготовления интегральных схем, в котором в качестве подложки микросхемы используется пластина из анодированного оксида алюминия, которая имеет "естественные", возникающие в процессе анодирования квазипериодические поры, проходящие насквозь от одной до другой поверхности пластины, перпендикулярно им, и имеющие диаметр б ~100-1000 А и период р ~2б. В указанном способе для создания проводящих перемычек между элементами микросхемы на противоположных поверхностях подложки предлагается с помощью электролитического осаждения металлизировать внутренность пор в областях, определяемых маской, создаваемой обычной техникой фотолитографии. (1. И. Оцука, Япония 46-36538, МКИ 3 Н05К, Н01С).A known method of manufacturing integrated circuits, in which an anodized alumina plate is used as a chip substrate, which has "natural" quasi-periodic pores arising in the anodization process, passing through from one to another surface of the plate, perpendicular to them, and having a diameter of b ~ 100 -1000 A and period p ~ 2b. In this method, in order to create conductive bridges between the elements of the microcircuit on opposite surfaces of the substrate, it is proposed using electrolytic deposition to metallize the inside of the pores in the areas defined by the mask created by conventional photolithography technique. (1. I. Otsuka, Japan 46-36538, MKI 3 NCK, HC01).
Такие катоды могут обеспечить приемлемо высокие уровни эмиссии, либо при больших напряжениях, либо при очень малых расстояниях между эмиттером и вытягивающим электродом, что значительно повышает паразитную емкость приборов и тем самым уменьшает возможности их использования. К тому же эмиссия с них неоднородна.Such cathodes can provide acceptably high levels of emission, either at high voltages, or at very small distances between the emitter and the pulling electrode, which significantly increases the parasitic capacitance of the devices and thereby reduces their use. In addition, the emission from them is heterogeneous.
Известно устройство (2. И8 0284987 А1, опубликовано 13.12.2007) - автоэмиссионный элемент, содержащий по крайней мере один фиксирующий провод и провод из углеродных нанотрубок. Оба провода переплетены между собой.A device is known (2. I8 0284987 A1, published on December 13, 2007) - a field emission element containing at least one fixing wire and a wire made of carbon nanotubes. Both wires are intertwined.
Первый недостаток этого устройства заключается в том, что при отсутствии внешней защиты эмитирующего элемента создание массива из таких эмитирующих элементов будет осложнено экранировкой электронов от каждого элемента.The first drawback of this device is that in the absence of external protection of the emitting element, the creation of an array of such emitting elements will be complicated by the screening of electrons from each element.
Второй недостаток этого устройства заключается в том, что из-за отсутствия внешней защиты элемента эмитирующая часть будет подвержена разрушению как механическому, так и термическому.The second disadvantage of this device is that due to the lack of external protection of the element, the emitting part will be subject to destruction, both mechanical and thermal.
Третий недостаток этого устройства заключается в том, что достаточно маленькая площадь эмитирующей поверхности не позволит получить большие токи. Также в случае достижения больших токов температура эмитирующего элемента будет расти, что может привести к деформации как провода из нанотрубок, так и поддерживающего провода.The third disadvantage of this device is that a sufficiently small area of the emitting surface does not allow to obtain large currents. Also, if high currents are reached, the temperature of the emitting element will increase, which can lead to deformation of both the wires from the nanotubes and the supporting wires.
Четвертый недостаток этого устройства заключается в том, что нарезка элемента на требуемые фрагменты может привести к деформации в случае механической резки или к оплавлению при лазерной резке торцов элемента, что также снизит его эффективность.The fourth disadvantage of this device is that cutting the element into the required fragments can lead to deformation in the case of mechanical cutting or melting during laser cutting of the ends of the element, which will also reduce its effectiveness.
Любой из указанных недостатков или их совокупность могут привести к уменьшению эффективности работы приборов на основе данного эмитирующего элемента.Any of these shortcomings or their combination can lead to a decrease in the efficiency of operation of devices based on this emitting element.
Наиболее близким является устройство (3. патент КИ 2183362, МПК 7 Н016 1/14, опубликовано 10.06.2002 - прототип), матрица автоэмиссионного катода, содержащее углеродный материал, размещенный в отверстиях стеклянной пластины. В качестве автоэмиссионного материала используется углеродное волокно.The closest is the device (3. Patent KI 2183362, IPC 7 H016 1/14, published 10.06.2002 - prototype), the autoemission cathode matrix containing carbon material placed in the holes of the glass plate. Carbon fiber is used as a field emission material.
Первый недостаток этого устройства заключается в том, что устройство не является индивидуальным автоэмиссионным элементом, а представляет собой стекловолоконный блок.The first drawback of this device is that the device is not an individual autoemission element, but a fiberglass unit.
Второй недостаток этого устройства заключается в том, что при изготовлении можно использовать лишь углеродное волокно в качестве автоэмиссионного материала.The second disadvantage of this device is that in the manufacture it is possible to use only carbon fiber as a field emission material.
Третий недостаток этого устройства заключается в том, что при введении устройства в эксплуатацию создание контакта данной конструкции может быть осложнено из-за ее монолитности и размеров.The third drawback of this device lies in the fact that with the introduction of the device into operation, the creation of a contact of this design can be complicated due to its solidity and size.
Четвертый недостаток данного устройства заключается в том, что при необходимости создания конструкции с ограниченными размерами возникают сложности при создании миниатюрного катода.The fourth disadvantage of this device is that if you need to create a structure with limited dimensions, difficulties arise when creating a miniature cathode.
Пятый недостаток этого устройства заключается в том, что после механической обработки катод подвергают химическому травлению плавиковой кислотой, что может привести к изменению автоэмиссионных свойств углеродного волокна.The fifth disadvantage of this device is that after mechanical processing, the cathode is subjected to chemical etching with hydrofluoric acid, which can lead to a change in the autoemission properties of carbon fiber.
Любой из указанных недостатков или их совокупность могут приводить к сложностям изготовления миниатюрных катодов на основе данного автоэмиссионного элемента, а также ограниченности вариации технологии. Необходимость химического травления или механической обработки могут сильно менять автоэмиссионные свойства углеродного волокна.Any of these shortcomings or their combination can lead to difficulties in the manufacture of miniature cathodes based on this field emission element, as well as limited technology variations. The need for chemical etching or machining can greatly change the emission properties of carbon fiber.
Техническая задача заключается в создании конструкции матричного автоэмиссионного катода, которая могла бы обеспечить большую плотность упаковки, а также уравнять и стабилизировать параметры отдельных острий и их токи. Такое решение автоматически повысит максимально достижимую плотность тока и его однородность и стабильность.The technical challenge is to create the design of a matrix field-emission cathode, which could provide greater packing density, as well as equalize and stabilize the parameters of individual tips and their currents. Such a solution will automatically increase the maximum achievable current density and its uniformity and stability.
Для решения поставленной задачи надо принять во внимание следующее.To solve the problem, we must take into account the following.
- 1 029795- 1 029795
Использование углеродных нанотрубок в качестве заполнения капилляров стеклянного стержня приводит к тому, что увеличивается количество автоэмиссионных центров. Это приводит к увеличению плотности тока и обеспечивает стабильность тока.The use of carbon nanotubes as a filling of capillaries of a glass rod leads to the fact that the number of autoemission centers increases. This leads to an increase in current density and ensures current stability.
Наличие внутри стеклянного стержня полого капилляра приводит к тому, что рабочая часть катода защищена слоем диэлектрика. Это обеспечивает прочность катода, увеличивает функциональные возможности катода и его применения.The presence of a hollow capillary inside a glass rod causes the working part of the cathode to be protected by a dielectric layer. This ensures the strength of the cathode, increases the functionality of the cathode and its application.
Использование таких вспомогательных элементов, как воронка или проволока, обеспечивает равномерное заполнение капилляров нанотрубками. Это приводит к стабильности автоэмиссионного тока и к увеличению плотности тока.The use of auxiliary elements such as a funnel or wire ensures uniform filling of the capillaries with nanotubes. This leads to the stability of field emission current and an increase in current density.
Наличие шероховатостей на внутренней поверхности капилляров приводит к тому, что повышается адгезия нанотрубок к внутренним стенкам капилляров. Это повышает прочность эмитирующей части катода, фиксирует положение углеродных нанотрубок в капилляре и приводит к увеличению стабильности автоэмиссионного тока.The presence of roughness on the inner surface of the capillaries leads to an increase in the adhesion of the nanotubes to the inner walls of the capillaries. This increases the strength of the emitting part of the cathode, fixes the position of carbon nanotubes in the capillary and leads to an increase in the stability of the autoemission current.
Использование различных марок стекла для изготовления стеклянного стержня приводит к тому, что автоэмиссионный катод будет иметь ряд специфических свойств в зависимости от марки стекла. Это позволит использовать его в различных устройствах.The use of various grades of glass for the manufacture of glass rod leads to the fact that the autoemission cathode will have a number of specific properties depending on the brand of glass. This will allow it to be used in various devices.
Использование в стекле таких примесей, как металл, окислы металлов или графит и нанотрубки, позволяет менять физические и электрохимические свойства катода.The use of such impurities in glass as metal, metal oxides or graphite and nanotubes allows changing the physical and electrochemical properties of the cathode.
Использование легкоплавкого стекла в смеси с углеродными нанотрубками для заполнения пустот между нанотрубками в капилляре приводит к увеличению адгезии с внутренними стенками капилляров.The use of low-melting glass in a mixture with carbon nanotubes to fill the voids between the nanotubes in the capillary leads to an increase in adhesion to the inner walls of the capillaries.
Использование свинцового стержня для заполнения пустот между нанотрубками в капилляре приводит к тому, что у катода появляются дополнительные контакты и увеличивается проводимость.The use of a lead rod to fill the voids between the nanotubes in the capillary leads to the fact that additional contacts appear at the cathode and the conductivity increases.
Изготовление стеклянного стержня различной формы позволяет увеличить области применения данного устройства.Manufacturing a glass rod of various shapes allows you to increase the scope of this device.
Изготовление стеклянного стержня с различной формой сечения внутренней поверхности капилляра увеличивает область применения и позволяет получать различные плотности тока.The manufacture of a glass rod with a different cross-sectional shape of the inner surface of the capillary increases the range of application and allows obtaining different current densities.
Изготовление стеклянного стержня с различным количеством капилляров ведет к тому, что можно заменять массивы катодов одним катодом. Это позволит создать менее габаритные устройства.Making a glass rod with a different number of capillaries leads to the fact that it is possible to replace arrays of cathodes with one cathode. This will create less dimensional devices.
Наличие у устройства повышенной адгезии углеродных нанотрубок к материалу стенок капилляра, возможности варьирования физических и электрохимических свойств, возможности увеличения проводимости, плотности автоэмиссионного тока и величины автоэмиссионного тока позволяют расширить функциональные возможности катода и использовать данное устройство в различных приборах широкого спектра применения.The presence of increased adhesion of carbon nanotubes to the material of the capillary walls, the possibility of varying physical and electrochemical properties, the possibility of increasing conductivity, density of field emission current and value of field emission current allow to extend the functionality of the cathode and use this device in various devices of a wide range of applications.
Указанные задачи решены за счет того, что автоэмиссионный катод на основе нанотрубок включает набор остеклованных нанотрубок, которые введены внутрь по меньшей мере одного капилляра, выполненного в стеклянном стержне.These tasks are solved due to the fact that the autoemission cathode based on nanotubes includes a set of vitrified nanotubes, which are inserted inside at least one capillary made in a glass rod.
Согласно п.2 в качестве нанотрубок использованы углеродные нанотрубки.According to paragraph 2, carbon nanotubes are used as nanotubes.
Согласно п.3 внутри стеклянного стержня выполнен хотя бы один капилляр.According to paragraph 3, at least one capillary is made inside the glass rod.
Согласно п.4 нанотрубки характеризуются наличием адгезии к внутренним стенкам капилляра.According to paragraph 4, nanotubes are characterized by the presence of adhesion to the inner walls of the capillary.
Согласно п.5 стеклянный стержень изготовлен из силикатного, или из кварцевого, или из органического стекла.According to p.5 glass rod is made of silicate, or quartz, or plexiglass.
Согласно п.6 стеклянный стержень выполнен составным.According to p. 6 glass rod is made of composite.
Согласно п.7 составные части стеклянного стержня изготовлены из различных марок стекла.According to clause 7, the components of the glass rod are made of various grades of glass.
Согласно п.8 стекло содержит углерод в виде графита, и(или) углерод в виде нанотрубок, и(или) добавки в виде металлов и(или) окислов металлов.According to p. 8 glass contains carbon in the form of graphite, and (or) carbon in the form of nanotubes, and (or) additives in the form of metals and (or) metal oxides.
Согласно п.9 пустоты капилляра между нанотрубками заполнены проводящим материалом.According to p. 9, the capillary voids between the nanotubes are filled with a conductive material.
Согласно п.10 пустоты капилляра между нанотрубками заполнены легкоплавким стеклом.According to paragraph 10, the voids of the capillary between the nanotubes are filled with low-melting glass.
Согласно п.11 пустоты между нанотрубками заполнены свинцом.According to paragraph 11, the voids between the nanotubes are filled with lead.
Согласно п.12 пустоты между нанотрубками заполнены проводником, отличным от свинца.According to paragraph 12, the voids between the nanotubes are filled with a conductor different from lead.
Согласно п.13 стеклянный стержень выполнен цилиндрическим с основанием цилиндра в виде фигуры произвольной формы.According to item 13, the glass rod is cylindrical with the base of the cylinder in the form of an arbitrary shape.
Согласно п.14 стеклянный стержень выполнен цилиндрическим с основанием цилиндра в форме круга, или овала, или эллипса.According to item 14, the glass rod is cylindrical with the base of a cylinder in the shape of a circle, or oval, or ellipse.
Согласно п.15 стеклянный стержень выполнен коническим с основанием конуса в форме круга, или овала, или эллипса.According to clause 15, the glass rod is made conical with the base of the cone in the shape of a circle, or oval, or ellipse.
Согласно п.16 стеклянный стержень выполнен коническим с основанием конуса в виде фигуры произвольной формы.According to p.16 glass rod is made conical with the base of the cone in the form of a figure of arbitrary shape.
Согласно п.17 стеклянный стержень выполнен в виде призмы с основанием в виде многоугольника произвольной формы.According to paragraph 17, the glass rod is made in the form of a prism with a base in the form of a polygon of arbitrary shape.
Согласно п.18, стеклянный стержень выполнен пирамидальным с основанием пирамиды в виде или правильного многоугольника, или неправильного многоугольника.According to claim 18, the glass rod is made pyramidal with the base of the pyramid in the form of either a regular polygon or an irregular polygon.
Согласно п.19 внутренняя поверхность капилляра в стеклянном стержне выполнена цилиндриче- 2 029795According to Clause 19, the inner surface of the capillary is cylindrical in a glass rod 2 029795
ской, или конической, или призматической, или пирамидальной формы.or conical, or prismatic, or pyramidal shape.
Согласно п.20 сечение внутренней поверхности цилиндрического или конического капилляра в стеклянном стержне выполнено в виде фигуры произвольной формы либо в форме или круга, или овала, или эллипса.According to p.20, the cross section of the inner surface of a cylindrical or conical capillary in a glass rod is made in the form of a figure of arbitrary shape or in the shape of either a circle, or an oval, or an ellipse.
Согласно п.21 сечение внутренней поверхности призматического или пирамидального капилляра в стеклянном стержне выполнено с основанием в виде фигуры произвольной формы либо в форме или правильного многоугольника, или неправильного многоугольника.According to item 21, the cross section of the inner surface of a prismatic or pyramidal capillary in a glass rod is made with a base in the form of a figure of arbitrary shape either in the shape of either a regular polygon or an irregular polygon.
Согласно п.22 в одном стержне выполнено произвольное количество заполненных нанотрубками капилляров.According to p. 22, an arbitrary number of capillaries filled with nanotubes is made in one rod.
Снижение стоимости достигается за счет того, что острия для эмиссии могут быть созданы без применения дорогостоящих операций при формировании однослойных или многослойных нанотрубок.Cost reduction is achieved due to the fact that the emission points can be created without the use of expensive operations in the formation of single-layer or multi-layer nanotubes.
На приведенных фигурах показаны примеры различной внешней и внутренней поверхности стеклянного стержня (фиг. 1). В одном стеклянном стержне можно заполнить нанотрубками различное количество капилляров (фиг. 2). Допускается комбинация различного внутреннего и внешнего сечений стеклянного стержня (фиг. 3).The above figures show examples of various external and internal surfaces of the glass rod (Fig. 1). In a single glass rod, a different number of capillaries can be filled with nanotubes (Fig. 2). A combination of different internal and external sections of the glass rod (Fig. 3) is allowed.
При изготовлении стержней автоэмиссионного катода выполняют такую последовательность шагов: вытягивают стеклоизделия из стекла, перетягивают стеклоизделия, отрезают фрагменты требуемой длины для изготовления автоэмиссионного катода.In the manufacture of rods of the autoemission cathode, the following sequence of steps is carried out: the glassware is pulled out of glass, the glassware is pulled over, fragments of the required length are cut off to make the autoemission cathode.
Стеклянные капиллярные структуры катода получают с помощью основных технологических процессов. Сначала из размягченного стекла вытягивают стеклоизделие в виде стержня. Для этого блок стекла оборачивают термостойкой тканью, устанавливают на фильерный узел, который находится в печи, и разогревают до температуры размягчения. Затем размягченное стекло под собственным весом продавливают через фильерный узел и направляют вниз, где зажимают в механизм вытяжки. С его помощью вытягивают стержень либо трубку.The glass capillary structure of the cathode is obtained using the basic technological processes. First, from the softened glass pull the glass in the form of a rod. To do this, the glass block is wrapped in heat-resistant fabric, placed on a spunbond, which is located in the furnace, and heated to the softening temperature. Then, the softened glass under its own weight is forced through a spunbond and is directed downward, where it is clamped into the drawing mechanism. With it, pull the rod or tube.
Форма поперечного сечения изделия и его размеры определяются геометрией фильерного узла, скоростью вытягивания и температурой размягчения стекла. Стабильность температуры в печи, точность поддержания температуры и скорости вращения привода вытяжки во многом определяют стабильность и точность геометрических размеров поперечного сечения получаемого изделия. Внешний диаметр может иметь различные значения: от 800-900 мкм до 1400-2000 мкм. Внутренний диаметр может меняться от 30 до 500 нм.The cross-sectional shape of the product and its dimensions are determined by the geometry of the spunbond assembly, the drawing speed and the softening temperature of the glass. The stability of the temperature in the furnace, the accuracy of maintaining the temperature and the speed of rotation of the exhaust drive largely determine the stability and accuracy of the geometric dimensions of the cross section of the resulting product. The outer diameter may have different values: from 800-900 microns to 1400-2000 microns. The inner diameter can vary from 30 to 500 nm.
Для получения стеклянных мультикапиллярных структур используют способ перетягивания исходной заготовки (трубки, стержня, пакета трубок или стержней). Математически этот процесс описывается следующим образом:To obtain glass multicapillary structures using the method of pulling the original piece (tube, rod, package of tubes or rods). Mathematically, this process is described as follows:
где 1)0 - исходный размер заготовки (может быть, диаметр, или диагональ гексагонального пакета, или его размер по двойной апофеме);where 1) 0 is the initial size of the workpiece (maybe the diameter or diagonal of the hexagonal package, or its size at double apothem);
УП - скорость подачи заготовки в печь;At P - the feed rate of the workpiece in the oven;
Ув - скорость вытягивания необходимого элемента; άχ - его размер.At in - the speed of extrusion of the required element; ά χ - its size.
Технология многостадийного изготовления многоканальных заготовок, содержащих множество одиночных капилляров, улучшает регулярность укладки и позволяет получать изделия любых размеров и диаметров каналов. Перетяжка стеклоизделий позволяет получать структуры с диаметром единичного канала до 50 нм. За счет разности скоростей подачи и вытяжки получается изделие, подобное по форме поперечного сечения исходной заготовке, но с меньшими геометрическими размерами.The technology of multi-stage manufacturing of multichannel blanks containing a multitude of single capillaries improves the regularity of laying and allows to obtain products of any sizes and channel diameters. Hauling glassware allows to obtain structures with a single channel diameter up to 50 nm. Due to the difference in feed and drawing speeds, a product is obtained that is similar in shape to the cross section of the original billet, but with smaller geometrical dimensions.
Таким образом, форма стеклоизделия определяется формой заготовки, а геометрические размеры отношением скоростей подачи и вытяжки. Для получения многоканальных структур элементы сортируют, разбраковывают и собирают в пакет, например, гексагональной формы. Подготовленный пакет зажимается в механизм подачи и опускается в печь. Его нагревают до температуры размягчения стекла, затем оттягивают щипцами и зажимают в механизм вытяжки. В результате этих процессов могут быть получены стеклянные стержни как цилиндрические, так и конические с такими же капиллярами. В основании стержней могут находиться фигуры произвольной формы, а также правильные окружности, овалы или эллипсы. Если исходные блоки стекла или фильерные узлы настроены на многогранные стержни, то возможно получение призматических или пирамидальных стержней с такими же капиллярами. У них в основании тоже могут находиться фигуры произвольной формы, а также правильные или неправильные многоугольники. Наконец, возможны различные комбинации упомянутых форм. Следует отметить, что процесс вытягивания (перетяжки) пластичного материала при любых методах контроля всегда будет сопровождаться тем, что при глобальном сохранении формы цилиндра (призмы), хотя бы на некоторых участках изделие изменит форму на коническую (пирамидальную).Thus, the shape of the glass product is determined by the shape of the workpiece, and the geometrical dimensions by the ratio of feed and drawing speeds. To obtain multi-channel structures, the elements are sorted, rejected and assembled into a package, for example, of hexagonal form. The prepared bag is clamped into the feeder and lowered into the oven. It is heated to the softening temperature of the glass, then it is pulled off with forceps and clamped into the drawing mechanism. As a result of these processes, glass rods can be obtained, both cylindrical and conical, with the same capillaries. At the base of the rods there can be figures of arbitrary shape, as well as regular circles, ovals or ellipses. If the initial glass blocks or spinnerets are tuned to multi-faceted rods, then prismatic or pyramidal rods with the same capillaries can be obtained. They can also have arbitrary shapes at the base, as well as regular or irregular polygons. Finally, various combinations of the mentioned forms are possible. It should be noted that the process of stretching (hauling) plastic material with any control methods will always be accompanied by the fact that with global preservation of the shape of a cylinder (prism), at least in some areas the product will change shape to conical (pyramidal).
В качестве нанотрубок используют углеродные нанотрубки, которые представляют собой протяженные цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрометров. Они состоят из одного или нескольких свернутых в трубку гексагональныхAs nanotubes, carbon nanotubes are used, which are long cylindrical structures with a diameter of from one to several tens of nanometers and a length of up to several micrometers. They consist of one or more rolled hexagonal tubes.
- 3 029795- 3 029795
слоев (4). Поперечные размеры нанотрубки крайне малы, поэтому около ее вершины существует значительное увеличение напряженности электрического поля по отношению к значению, усредненному по всему межэлектродному промежутку.layers (4). The transverse dimensions of the nanotube are extremely small; therefore, near its top there is a significant increase in the electric field strength relative to the value averaged over the entire interelectrode gap.
Исследовалось различие автоэмиссионных свойств однослойных и многослойных нанотрубок. Максимально достижимое значение плотности тока автоэлектронной эмиссии составляет 3А-см-2. Работа выхода равна примерно 1 эВ, что позволяет отнести нанотрубки к лучшим материалам, используемым в качестве холодного катода.The difference between the autoemission properties of single-layer and multi-layer nanotubes was investigated. The maximum achievable value of the current emission field emission is 3A-cm -2 . The work function is about 1 eV, which makes it possible to assign nanotubes to the best materials used as a cold cathode.
Для изготовления катода полый капилляр, который имеется внутри стеклянного стержня, наполняется углеродными нанотрубками.For the manufacture of the cathode, a hollow capillary that is inside the glass rod is filled with carbon nanotubes.
Конструкция катода, соответствующая п.3, отличается от п.1 тем, что внутри стеклянного стержня выполнен хотя бы один капилляр. Таких капилляров в одном стержне может быть и больше одного. Это зависит только от технологических возможностей и желания изготовителя.The design of the cathode corresponding to claim 3 differs from claim 1 in that at least one capillary is made inside the glass rod. There can be more than one such capillaries in one rod. It depends only on the technological capabilities and the desire of the manufacturer.
Конструкция катода, соответствующая п.4, отличается от п.1 тем, что нанотрубки характеризуются наличием адгезии к внутренним стенкам капилляра. В зависимости от состава материалов величина адгезии может отличаться. В этом случае наилучшие результаты будут получены в тех парах материалов, где значение адгезии будет максимальным.The design of the cathode corresponding to claim 4, differs from claim 1 in that the nanotubes are characterized by the presence of adhesion to the inner walls of the capillary. Depending on the composition of the materials, the amount of adhesion may differ. In this case, the best results will be obtained in those pairs of materials where the adhesion value will be maximum.
Конструкция катода, соответствующая п.5, отличается от п.1 тем, что стеклянный стержень изготовлен или из силикатного, или из кварцевого, или из органического стекла. При этом стеклянный стержень можно выполнить составным (отличие п.6 от п.5), а разные составные части стеклянного стержня можно изготовить из различных марок стекла (отличие п.7 от п.6).The design of the cathode, corresponding to paragraph 5, differs from claim 1 in that the glass rod is made of either silicate, or quartz, or organic glass. In this case, the glass rod can be made composite (the difference between clause 6 and clause 5), and various components of the glass rod can be made of various glass grades (the difference between clause 7 and clause 6).
Конструкция катода, соответствующая п.8, отличается от п.5 тем, что стекло содержит проводящие добавки в виде металлов, и(или) окислов металлов, и(или) углерод в виде графита, и(или) углерод в виде нанотрубок или любых других проводящих элементов.The design of the cathode, corresponding to paragraph 8, differs from paragraph 5 in that glass contains conductive additives in the form of metals and (or) metal oxides, and (or) carbon in the form of graphite, and (or) carbon in the form of nanotubes or any other conductive elements.
Пустоты капилляра между нанотрубками можно заполнить легкоплавким стеклом (отличие п.9 от п.3), или свинцом (отличие п.10 от п.3), или любым другим проводящим элементом, а так же элементами, увеличивающими адгезию углеродных нанотрубок к поверхности капилляров.The voids of the capillary between the nanotubes can be filled with low-melting glass (the difference between clause 9 and clause 3), or with lead (the difference between clause 10 and clause 3), or with any other conductive element, as well as with elements that increase the adhesion of carbon nanotubes to the capillary surface .
Конструкция катода, соответствующая пп.11 и 12, отличается от п.1 тем, что стержень выполнен цилиндрическим с основанием цилиндра в виде фигуры произвольной формы, а также в форме круга, или овала, или эллипса.The design of the cathode, corresponding to paragraphs.11 and 12, differs from paragraph 1 in that the rod is cylindrical with the base of the cylinder in the form of a figure of arbitrary shape, as well as in the form of a circle, or oval, or ellipse.
Конструкция катода, соответствующая пп.13 и 14, отличается от п.1 тем, что стеклянный стержень выполнен в виде призмы с основанием в виде многоугольника произвольной формы, а также в форме или правильного многоугольника, или неправильного многоугольника.The design of the cathode, corresponding to PP and 14, differs from claim 1 in that the glass rod is made in the form of a prism with a base in the form of a polygon of arbitrary shape, as well as in the shape of either a regular polygon or an irregular polygon.
Конструкция катода, соответствующая п.15, отличается от п.1 тем, что стеклянный стержень выполнен коническим с основанием конуса в форме круга, или овала, или эллипса.The design of the cathode, corresponding to paragraph 15, differs from paragraph 1 in that the glass rod is made conical with the base of the cone in the shape of a circle, or oval, or ellipse.
Конструкция катода, соответствующая п.17, отличается от п.3 тем, что внутренняя поверхность капилляра в стеклянном стержне выполнена цилиндрической, или конической, или призматической, или пирамидальной формы.The design of the cathode, corresponding to 17, differs from 3 in that the inner surface of the capillary in the glass rod is cylindrical, or conical, or prismatic, or pyramidal in shape.
Конструкция катода, соответствующая п.18, отличается от п.3 тем, что внутренняя поверхность цилиндрического или конического капилляра в стеклянном стержне выполнена с основанием в виде фигуры произвольной формы либо в форме или круга, или овала, или эллипса.The design of the cathode, corresponding to claim 18, differs from paragraph 3 in that the inner surface of a cylindrical or conical capillary in a glass rod is made with a base in the form of a figure of arbitrary shape or in the shape of either a circle, or an oval, or an ellipse.
Конструкция катода, соответствующая п.19, отличается от п.3 тем, что форма внутренней поверхности призматического или пирамидального капилляра в стеклянном стержне выполнена с основанием в виде фигуры произвольной формы либо в форме или правильного многоугольника, или неправильного многоугольника.The design of the cathode, corresponding to paragraph 19, differs from paragraph 3 in that the shape of the inner surface of a prismatic or pyramidal capillary in a glass rod is made with a base in the form of a figure of arbitrary shape or in the shape of either a regular polygon or an irregular polygon.
Конструкция катода, соответствующая п.20, отличается от п.1 тем, что в одном стержне выполнено произвольное количество заполненных нанотрубками капилляров.The design of the cathode, corresponding to paragraph 20, differs from claim 1 in that a single number of capillaries filled with nanotubes is made in one rod.
Если речь идет о нанотрубках с проводящим стержнем, то в капилляр вставляют проволоку, диаметр которой меньше, чем внутренний диаметр капилляра. Затем вставляли воронку и через нее в капилляр равномерно засыпали нанотрубки. Если речь идет о нанотрубках без проводника, то поступают аналогично, но только без проволоки. Также возможно использование другой эффективной технологии создания проводящих элементов.If we are talking about nanotubes with a conductive rod, then a wire with a diameter smaller than the internal diameter of the capillary is inserted into the capillary. Then the funnel was inserted and the nanotubes were evenly filled into the capillary through it. If we are talking about nanotubes without a conductor, then they act in a similar way, but only without wire. It is also possible to use another effective technology for creating conductive elements.
Области взаимодействия нанотрубок с внутренней поверхностью капилляров характеризуются наличием адгезии материала трубки к внутренним стенкам капилляров за счет дефектов стекла. Увеличение дефектов (шероховатости поверхности) стекла отслеживается на стадии изготовления стеклянных стержней методами контроля производства.The areas of interaction of nanotubes with the inner surface of capillaries are characterized by the presence of adhesion of the tube material to the inner walls of the capillaries due to glass defects. An increase in defects (surface roughness) of glass is monitored at the stage of manufacturing glass rods using production control methods.
В качестве стекла для изготовления стержня могут быть использованы различные марки стекла. Это влияет и на температуру плавления, и на адгезию с содержимым капилляров.As glass for the manufacture of the rod can be used various brands of glass. This affects both the melting point and adhesion to the capillary contents.
Стекло обеспечивает прочность катода и хорошую адгезию углеродных нанотрубок с внутренней поверхностью капилляра. В стекло могут быть введены в качестве добавок металлы, и(или) окислы металлов, и(или) графит, и(или) нанотрубки. Стекло является идеальным материалом для создания сверхминиатюрных функциональных элементов с наноструктурой. Микро- и наноструктурное стекло - это материал, в котором регулярно уложены капилляры или стержни из стекла. В составном микро- и нано- 4 029795Glass provides the strength of the cathode and good adhesion of carbon nanotubes to the inner surface of the capillary. Metals, and (or) metal oxides, and (or) graphite, and (or) nanotubes can be added to glass as additives. Glass is an ideal material for creating subminiature functional elements with nanostructure. Micro- and nanostructured glass is a material in which capillaries or rods of glass are regularly laid. In the composite micro and nano- 4 029795
структурном материале могут сочетаться несколько типов стекол, разных по оптическим, электрическим и химическим свойствам. Возможны вариации стекло-металл, стекло-графит, стекло-нанотрубки и т.д.Structural material can be combined several types of glass, different in optical, electrical and chemical properties. Variations of glass-metal, glass-graphite, glass-nanotubes, etc. are possible.
Основным достоинством таких технологий является возможность использования принципиально новых подходов в создании искусственных сред с уникальными электрофизическими и оптическими свойствами. Это прежде всего сочетание диэлектрических, металл-диэлектрических, металлических кластеров, остеклованных нанонитей пиролитического графита, металлов, припоев и наноразмерных частиц металла и полупроводников в вытягиваемых структурах.The main advantage of such technologies is the possibility of using fundamentally new approaches in the creation of artificial environments with unique electrophysical and optical properties. This is primarily a combination of dielectric, metal-dielectric, metal clusters, vitrified pyrolytic graphite nanowires, metals, solders, and nanoscale metal particles and semiconductors in extruded structures.
Пустоты между нанотрубками в капилляре могут быть заполнены легкоплавким стеклом или легоплавким металлом (например, свинцом) или любым другим проводящим элементом.The voids between the nanotubes in the capillary can be filled with low-melting glass or low-melting metal (for example, lead) or any other conductive element.
Также в качестве наполнителя могут выступать смеси нанотрубок и легкоплавкого стекла, что повышает их адгезию с внутренней поверхностью капилляров. Помимо смеси дополнительным наполнителем капилляров может служить проводящий стержень, вокруг которого расположены нанотрубки. Стержень может играть роль контакта.Also as a filler can be a mixture of nanotubes and low-melting glass, which increases their adhesion to the inner surface of the capillaries. In addition to the mixture, an additional filler of capillaries can be a conductive rod, around which nanotubes are located. The core can play the role of contact.
Внешняя поверхность стеклянного стержня может иметь форму, отличную от круглой (см. рис. 1).The outer surface of the glass rod may have a shape other than round (see Fig. 1).
Данный автоэмиссионный катод отличается тем, что форма внутренней поверхности стеклянного стержня может отличаться от круглой (см. фиг. 1).This field emission cathode differs in that the shape of the inner surface of the glass rod may differ from the round one (see Fig. 1).
Данный автоэмиссионный катод отличается тем, что в одном стержне может быть различное количество капилляров, заполненных нанотрубками (см. фиг. 2). Также преимуществом данного автоэмиссионного катода является то, что внутреннее и внешнее сечение стеклянного стержня могут комбинироваться (см. фиг. 3).This field emission cathode differs in that there can be a different number of capillaries filled with nanotubes in one rod (see Fig. 2). Also the advantage of this field emission cathode is that the inner and outer section of the glass rod can be combined (see Fig. 3).
Claims (21)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201400017A EA029795B1 (en) | 2014-01-08 | 2014-01-08 | Nanotube-based field emission cathode |
| DE102015000036.5A DE102015000036A1 (en) | 2014-01-08 | 2015-01-08 | Field emission cathode based on nanotubes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EA201400017A EA029795B1 (en) | 2014-01-08 | 2014-01-08 | Nanotube-based field emission cathode |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA201400017A1 EA201400017A1 (en) | 2015-07-30 |
| EA029795B1 true EA029795B1 (en) | 2018-05-31 |
Family
ID=53443383
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA201400017A EA029795B1 (en) | 2014-01-08 | 2014-01-08 | Nanotube-based field emission cathode |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102015000036A1 (en) |
| EA (1) | EA029795B1 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2018115094A (en) * | 2018-04-24 | 2019-10-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Экологический свет" | AUTO EMISSION ELECTRON GUN |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2183362C1 (en) * | 2001-04-04 | 2002-06-10 | Батурин Андрей Сергеевич | Method for manufacturing autoemission cathode matrix |
| US20070273264A1 (en) * | 2006-05-26 | 2007-11-29 | Samsung Electronics Co., Ltd., | Method of preparing patterned carbon nanotube array and patterned carbon nanotube array prepared thereby |
| US20070284987A1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Tsinghua University | Field emission element and manufacturing method thereof |
| CN101181990A (en) * | 2006-10-24 | 2008-05-21 | 三星Sdi株式会社 | Method of preparing a carbonaceous material for an emitter of an electron emission device |
| EP1977999A1 (en) * | 2007-04-04 | 2008-10-08 | Samsung SDI Co., Ltd. | A carbon nanotube hybrid system using carbide-derived carbon, a method of making the same, an electron emitter comprising the same, and an electron emission device comprising the electron emitter |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US284987A (en) | 1883-09-11 | Half to ed ward william beuthneb |
-
2014
- 2014-01-08 EA EA201400017A patent/EA029795B1/en not_active IP Right Cessation
-
2015
- 2015-01-08 DE DE102015000036.5A patent/DE102015000036A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2183362C1 (en) * | 2001-04-04 | 2002-06-10 | Батурин Андрей Сергеевич | Method for manufacturing autoemission cathode matrix |
| US20070273264A1 (en) * | 2006-05-26 | 2007-11-29 | Samsung Electronics Co., Ltd., | Method of preparing patterned carbon nanotube array and patterned carbon nanotube array prepared thereby |
| US20070284987A1 (en) * | 2006-06-09 | 2007-12-13 | Tsinghua University | Field emission element and manufacturing method thereof |
| CN101181990A (en) * | 2006-10-24 | 2008-05-21 | 三星Sdi株式会社 | Method of preparing a carbonaceous material for an emitter of an electron emission device |
| EP1977999A1 (en) * | 2007-04-04 | 2008-10-08 | Samsung SDI Co., Ltd. | A carbon nanotube hybrid system using carbide-derived carbon, a method of making the same, an electron emitter comprising the same, and an electron emission device comprising the electron emitter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EA201400017A1 (en) | 2015-07-30 |
| DE102015000036A1 (en) | 2015-07-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5561340A (en) | Field emission display having corrugated support pillars and method for manufacturing | |
| KR20050084226A (en) | Methods for assembly and sorting of nanostructure-containing materials and related articles | |
| JP2004079223A5 (en) | ||
| TWI408103B (en) | A method for making carbon nanotube slurry | |
| US8460782B2 (en) | Array of aligned and dispersed carbon nanotubes and method of producing the array | |
| US7973464B2 (en) | Field emission element having carbon nanotube and manufacturing method thereof | |
| CN1286500A (en) | Field emission display device using nm carbon tube and its mfg. method | |
| US8450920B2 (en) | Field emission electronic device | |
| JP2015103797A (en) | Microstructure and method of producing the same | |
| EA029795B1 (en) | Nanotube-based field emission cathode | |
| US7777403B2 (en) | Photonic-crystal filament and methods | |
| TWI481547B (en) | Method for making carbon nanotube field emitter | |
| Wang et al. | Morphology dependent field emission characteristics of ZnS/silicon nanoporous pillar array | |
| RU2588611C1 (en) | Method of increasing current density of field emission and degradation resistance of field-emission cathodes | |
| Chakraborty et al. | Controlled clustering in metal nanorod arrays leads to strongly enhanced field emission characteristics | |
| US9251988B1 (en) | Field emission cathode and field emission device | |
| KR101891696B1 (en) | Spark discharge generator and process for preparing nanoparticle structure using same | |
| KR101150089B1 (en) | Field electron emission device and lighting device | |
| KR101436948B1 (en) | Field emission device using CNT structure | |
| KR102059349B1 (en) | 3d nano structure manufacturing method and 3d nano device manufacturing method | |
| JP5732298B2 (en) | High density carbon fiber filled bulk | |
| KR20100074441A (en) | Field emitting device using the graphite and manufacturing method of the same | |
| KR100993090B1 (en) | Method for fabricating field emission electron source using gel-type conductive material and field electron emission device fabricated using therof | |
| Egorov et al. | Carbon-based field-emission cathodes | |
| KR101151409B1 (en) | Method of fabricating emitter using carbon nanotube and emitter fabricated using the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU |