SE411003B - Emitter for feltemission, samt sett att framstella emittern - Google Patents

Description

-E 7804163-9 Det har också rapporterats försök att på en bärare fälla ut metaller (nickel eller kobolt) elektrolytiskt under sådana förhållanden, att fria kristallhörn eller dendriter bildas. (Se t. ex. M. M. Bursey, C. E. Rechsteiner, M. C. Sammons, D. M. Hinton, T. S. Colpitts och K. M. Tvaronas: J. of Physics E 1976, Vol. 9 sid. l45). Även andra material för de nämnda spetsarna har föreslagits, t. ex. lantanhexa- borid, som kristalliserats på en bärare ur en smälta (H. Ahmed, P. L.

Kanitkar, C. V. Dharmadhikari och D. S. Joag: J. of Physics E 1976, Vol. 9 sid 4).

Kolhaltiga fibrer har den nackdelen att man dels får rätt stor energispridning hos de emitterade elektronerna eller jonerna, troligen .beroende på fibrernas elektriska motstånd, och att dels emissionen ändras med tiden, varför emittern måste "reaktiveras“ ganska ofta. En annan nackdel är att man måste arbeta med så extremt tunna och därför svårhanterliga trådar för att få tillräckligt stor emission. De med de övriga nämnda materialen aktiverade emittrarna har gett lägre emis- sion än de i organisk ånga aktiverade. Som exempel på emissionen från emittrar aktiverade i organisk ånga kan nämnas: Ur M. D. Migahed och H. D. Beckey, Int. J. of Mass Spectrometry and Ion Physics 7 (1971) sid. l har hämtats: En platinatråd, 2,5fnn i diameter gav följande ström i aceton- ånga med trycket 2,3 ml vid olika spänningar. Anordningen, t. ex. av- ståndet till motelektroden, är inte närmare angiven. kV 6 7 8 nA l 8 30 Betydligt bättre resultat än med de tidigare kända emittrarna har erhållits med emittrar enligt föreliggande uppfinning, enligt vilken en bärare av t. ex. en övergångsmetall är försedd med kristaller av en volframbrons eller motsvarande förening av en annan övergângsmetall, särskilt molybden, niob, vanadin eller titan. Man kan därvid vidare använda sig av en betydligt grövre bärare.

Om man doppar en tråd eller en egg av volfram i en smälta innehållande volframtrioxid och litiumoxid, vilken smälta också kan beskrivas som' en blandning av volframtrioxid och litiumvolframat (om volframtrioxiden är i överskott, vilket vanligen är fallet), bildas genom reduktion den icke~stoikiometriska föreningen litiumvolframbrons enligt formeln 3 x Liz W 04 + (6 - 4 x) W 03 + x W = 6 Lix N 03 I denna formel är x alltid mindre än l. I en del (bråkdelen x) 7804163-9 D H av elementarcellerna finns en litiumjon och där har volframatomen valensen + 5 i stället för + 6. Litiumvolframbronsen bildar på vol- frambäraren ett kristallskikt, som möjliggör åstadkommande av en över- raskande stor fältkoncentration och en motsvarande stark emission.

Liknande föreningar bildas också med bland annat molybden, vanadin, niob och titan i stället för volfrmn, varjämte litium kan ersättas av ett stort antal metaller, t. ex. andra alkalimetaller, alkaliska jordartsmetaller, sällsynta jordartsmetaller med flera. Jag föredrar litiumvolframbrons, dels enär det bildas med lämplig hastighet, dels därför att den med emittern medföljande smältan är lätt att lösa bort, enär litiumvolframat är det mest lättlösliga volframatet.

Dessa i och för sig kända föreningar har en rad anmärkningsvärda egenskaper. Trots att de är oxider, har de metallisk ledningsmekanism eller är i en del fall halvledare. De med metallisk ledningsmekanism har ungefär sama ledningsförmâga som metaller, alltså flera tio- potenser högre än t. ex. grafit. (De har också metallglans, vilket är anledningen till att de kallas bronser). De bildar lätt mycket väl utbildade kristaller, varför hörn och kanter blir skarpa. De är vidare både kemiskt och tenniskt mycket stabila, tål t. ex. kokning i så aggressiva syror som salpetersyra och fluorvätesyra och blandningar av dem liksom även i lut. De tål också i allmänhet upphettning till minst 1 200%.

I stället för att endast doppa bäraren i smältan kan man tillämpa katodisk reduktion med ström utifrån, varvid anoden kan utgöras av kol eller platina. I själva verket är sannolikt även den ovannämnda kemiska reduktionen egentligen elektrolytisk genom verkan av lokal- element, i annat fall borde kristallerna lossna, varför den angivna fonneln är att betrakta som summaformel för anod- och katodförloppen.

Som exempel på tillämpning av uppfinningen kan följande nämnas.

En 0,l mm tjock volframtrâd fästes i en hållare, klippes till lämplig längd och riktas. Den sköljes i t. ex. aceton, etanol eller propanol.

Därefter etsas den genom anodisk behandling i t. ex. l0 % kalium- hydroxidlösning c:a 20 mA per cm trådlängd under 20 s. Ändamålet med etsningen är att resultatet skall bli oberoende av ytbeskaffenheten hos tråden. Sedan den sköljts i vatten, doppas den under l minut i en smälta beredd av volframtrioxid och 0,255 g litiumkarbonat per g volframtrioxid vid 780 °C. Den nämnda smältan innehåller 80 mol-% .på 78011163-9 \J'i litiumvolframat och 20 mol-% volframtrioxid (eller annorlunda uttryckt cza 56 mol-% volframtrioxid och 44 mol-% litiumoxid), vilket är ett eutektikum med smältpunkten 696 °C. Det är olämpligt att framställa smältan av litiumoxid och volframtrioxid, enär båda är svårsmälta, varför förloppet blir trögt. Om man i stället använder litiumhydroxid eller litiumkarbonat, smälter det och volframtrioxiden löser sig i smältan och driver ut vatten respektive koldioxid.Hydroxiden kan för- lora vatten vid olämplig uppvärmningshastighet och övergå i svårsmält oxid, varför det är lättare att utgå från karbonat. Sedan tråden tagits ur smältan, lägges den i en svagt alkalisk lösning, innehållande t. ex. 0,5 % litiumkarbonat och 0,5 % salmiak. Efter 2 - 3 timmar är den medföljande smältan bortlöst och emittern är färdig. Man bör dock mäta emissionen från olika delar av emittern för att kunna utnyttja den bästa delen därav.

Som exempel på uppnådda resultat kan nämnas, att medelgoda emittrar gjorda av 0,lO respektive 0,l5 mm tjock volframtråd gav följande emis- sion, då de var uppspända i centrum av en cylinder med innerdiametern 6 mm och längden l0 mm i acetonånga med 3 mT tryck. Bra emittrar gav 2 - 3 gånger större emission. kV 1,5 2 3 4 5 6 7 8 nA, 0,10 mm 0,5 4 55 200 510 l200 nA, 0,15 mm 0,26 1,5 4,3 10 21 38 Man ser av tabellen, att emissionen blir mycket större från den tunnare tråden, l00 - 200 gånger vid samma spänning. Här är förhållandet mellan diametrarna endast l,5. De tidigare anförda siffrorna avser emittrar med 40 gånger mindre diameter än den tunnaste här använda, och de gav mindre emission. Skillnaden är mycket större än vad som kan betingas av olika försöksarrangemang.

Claims (5)

78014163-9 6 Patentkrav.

1. l. Emitter för fältemission innefattande en bärare, vanligen i fonn av en tråd eller en egg, av metall försedd med kristaller med skarpa hörn eller spetsar, k ä n n e t e c k n a d av att kristal- lerna består av en volframbrons eller motsvarande förening av en annan övergångsmetall, särskilt molybden, noib, vanadin eller titan.

2. Emitter enligt krav l, k ä n n e t e c k n a d av att bärareni består av samna övergångsmetall, som ingår i kristallerna.

3. Emitter enligt krav l eller 2, k ä n n e t e c k n a d av att kristallerna består av litiumvolframbrons.

4. Sätt att framställa en emitter enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att bäraren doppas i en smälta innehållande de reaktionsprodukter, som bildas av en sur oxid av en övergångs- metall och en basisk oxid.

5. Sätt enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t av att bäraren under doppningen är inkopplad katodiskt i en strömkrets, varvid smältan är elektrolyt. ANFÖRDA PUBLIKATIONER: