200846641 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種氣體壓強測量器件，尤其涉及 種用於對溫度或光敏感的真空系統的電離規。 【先前技術】 當代科技發展迅猛，於許多高新技術領域都需要 真空環境，故，真空測量係其中必不可少的重|如 聲3E襄
節。先前的電離規包括陰極、陽極及離子收集極，曰 陽 極與離子收集極分佈於以陰極為圓心的同心圓上，陽 極设置於陰極與離子收集極之間。目前，應用於直& 測量的傳統型的電離規中’陰極均係加熱的鎢絲，需 要有電源給鎢絲供電，故，使得該電離規具有較大的 功耗，另，由於鎢絲放氣率高，使得該電離規不適用 於高真空（低壓強）的測量；同時，由於該電離規工 作時還會有熱輻射及光輻射，從而使該電離規不適用 於對溫度及光敏感的真空系統。 有鑒於此，提供-種結構簡單、低功耗、低放氣 率、無熱輻射及無光輻射的電離規實為必要。 【發明内容】 一禋笔離規，包括線狀陰極、陽極及離子收集 ，，該陽極環繞於㈣陰極相，離子收集極環繞於 極外側，其中，後肤降 壯其钟…4 線狀基體及設置於線 狀基體上的％發射薄膜。 所述線狀基體為導電金屬絲。 7 200846641 所述％發射薄瞑為生長於線狀基體上的奈米碳 官，或塗敷於線狀基體上的奈米碳管漿料及導電漿 料。 所述陽極及離子收集極可為金屬環，金屬孔或者 金屬網的孔狀結構。 與先前的電離規相比，本發明所提供的電離規 中’由於採用具有優良的場發射性質的奈米碳管來發 射私子故具有結構簡單、低功耗、低放氣率、辨 熱輻射及恭光輻射等優點，從而使該電離規適用於對 溫度或光敏感的真空系統。同時，該電離規測量的真 空範圍為10粍（Τ0ΓΓ)至i〇_3T〇rr，已達到傳統型 電離規的測量範圍，且該電離規測量的真空範圍可通 過優化其結構而進一步擴展。 【實施方式】 下面將結合附圖對本發明實施例作進一步的詳 細說明。 請參閱圖1，本發明提供一種電離規1〇〇，該電 離規100包括線狀陰極102、陽極104及離子收集極 106，該陽極1〇4環繞於線狀陰極ι〇2的外侧，離子 收集極106環繞於陽極104外侧。陽極1〇4及離子收 集極106分佈於以線狀陰極1〇2為圓心的同心圓上。 線狀陰極102、陽極104及離子收集極1〇6三者之間 係絕緣的。電離規100進一步包括外殼120及三個電 極引線122，上述線狀陰極102，陽極1Q4及離子收 8 200846641 集極10 6均置於外殼12 0内，三個電極引線12 2的一 端分別與陰極102,陽極104及離子收集極106連接， ^ 另一端延伸至外殼120外。外殼120係封閉的，具有 一定的真空度。 該陽極104及離子收集極106的材料為導電金 屬，如鎳、鎢、銅等。陽極104為金屬環、金屬孔或 者金屬網等孔狀結構。離子收集極106為金屬環、金 屬孔或者金屬網等孔狀結構或平板狀結構。 ⑩ 請參閱圖2，該線狀陰極102包括線狀基體108 及設置於線狀基體108上的場發射薄膜110。線狀基 體108為鎳、鎢、銅等導電金屬絲。線狀基體108的 直徑範圍為〇· 2毫米（匪）至2腿，優選為0· 3mirt。 線狀陰極102與陽極104的距離為1匪至8mm，線狀 陰極102與離子收集極106的距離為10mm至15mm。 場發射薄膜110包括奈米碳管漿料及導電漿料。 導電漿料包括低熔點玻璃及導電金屬微粒，奈米碳管 * 漿料包括有機載體、奈米碳管，各成分的質量百分比 為：奈米碳管5〜15%、導電金屬微粒10〜20%、低熔點 玻璃5%及有機載體60〜80%。 .奈米碳管為通過化學氣相沈積法、電弧放電法或 鐳射蒸發法等現有方法製備，通過離心提純所得到的 純度較高的奈米碳管。奈米碳管的長度於5微米至15 微米的範圍内為佳，過短會減弱奈米碳管的場發射特 性，過長容易使奈米碳管折斷。 200846641 有機載體包括作為主要溶劑的松油醇、作為增塑 劑的少量鄰位苯二曱酸二丁酯及作為穩定劑的少量 ^ 乙基纖維素的混合物。 低熔點玻璃的熔點要低於線狀基體108的材料的 熔點，從而確保於加熱的情況下，低熔點玻璃先熔 化。優選地，低熔點玻璃的熔點在400〜500°C的範圍 内。低熔點玻璃的作用係將場發射薄膜110中的奈米 碳管與線狀基體108進行粘結，從而防止於電場的作 • 用下奈米碳管從線狀基體108上脫落，進而延長線狀 陰極10 2的使用壽命。 導電金屬微粒的材料可為氧化銦錫或銀，其可保 證奈米碳管與線狀基體108之間的電性連接。 線狀陰極102的製備步驟具體如下： (1) 將奈米碳管、導電金屬微粒、低熔點玻璃 及有機載體等按一定的質量百分比混合； (2) 通過超聲振蕩等方法使各成份均勻分散而 ® 得到均勻穩定的漿料； (3) 將所得的漿料通過絲網印刷等方法塗覆於 線狀基體10 8上，再進行烘乾及培燒而形成覆於線狀 基體108上的場發射薄膜110。 步驟（3)中烘乾的目的係去掉步驟（2)中所得 到的漿料中的有機載體；焙燒的目的係使低熔點玻璃 熔融，起到粘結奈米碳管與基體108的作用。 為進一步地增強線狀陰極102的場發射特性，於 10 200846641 步驟（3)之後，可進一步包括對場發射薄膜110的 表面進行摩擦處理的步驟。該摩擦步驟可使得奈米碳 管的一端由於被摩擦引起的靜電所吸引而冒頭，且冒 出頭的奈米碳管取向一致，故，可增強線狀陰極102 的場發射特性。奈米碳管還可進行膠帶粘貼地處理， 以使其露頭。 場發射薄膜Π0還可為通過化學氣相沈積法、電 弧放電法或鐳射蒸發法等方法直接生長於線狀基體 ⑩ 108的奈米碳管。 以下說明該電離規100測量壓強的工作原理： 線狀陰極102為零電位，陽極104加上正電位。 於陽極104電位的作用下，線狀陰極102發射出電 子，大部分電子會穿過陽極104，飛向離子收集極 106。由於離子收集極106上施加負電位，對電子有 減速的作用，因此電子又會反向折回陽極104，形成 0 陽極電流le。於此過程中，電子與被測環境空間的氣 體分子碰撞並使氣體分子電離，產生帶正電的離子。 該正離子被離子收集極106所吸收，形成離子流Ii。 陽極電流I e與離子流I i有如公式（1)的關係： Ii/Ie=kp (1) 其中P為氣體壓強，k係一個固定的比例係數， 稱為靈敏度。靈敏度係電離規100的固有性質，由它 的結構決定。通過標準真空計校準該電離規100，可 得知其靈敏度k。故，通過測量電離規100的陽極電 11 200846641 流Ie及離子流π就可以得出被測環境的氣體壓強p。 需要指出的係，電子在線狀陰極102與陽極1〇4 間的距離d内，與氣體分子相碰撞的幾率p可由公式 (2 )表示： P(d) = l—eXp(一 d/l) (2) 其中1係平均自由程，它與氣體壓強成反比。為 了儘量減小電子與氣體分子的碰撞幾率P，要求d應 比1小’以減少線狀陰極102與陽極104之間產生的 離子，避免離子轟擊線狀陰極102，造成線狀陰極1〇2 的損壞或不穩定。本實施例中，優選地，線狀陰極1 〇 2 與陽極104間的距離d為1mm至2腿，線狀陰極1 〇2 與離子收集極106間的距離D為12〇1111。 請參閱圖3,測量結果顯示了本實施例的電離規 100，在收集極電壓為25伏（V)，陽極電壓為750V於 10 7Torr至l〇-3Torr的測量範圍内，I i/Ie與P之間 具有極好的線性關係，故該電離規100適用於l{T7Torr 至1 (T3Torr範圍内真空度的測量。 與先前的電離規相比，本發明所提供的電離規 中，由於採用具有優良的場發射性質的奈米碳管來發 射電子，因此具有結構簡單、低功挺、低放氣率、無 熱輻射及無光輻射等優點，從而該電離規適用於對溫 度或光敏感的真空系統。同時，該電離規測量的真空 範圍為liT7T〇rr至l(T3Torr，已達到先前型電離規的 測量範圍，而且該電離規測量的真空範圍可通過優化 12 200846641 其結構而進一步擴展 綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法 提出專射請。惟，以±所述者僅為本發明之較佳實施例， 自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本宰技蓺 之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆^
蓋於以下申請專利範圍内。 【圖式簡單說明】 圖 圖。 為本發明實施例所提供的電離規的侧剖視 圖2為本發明實施例所提供 圖。 的電離規的橫截視 圖3為本發明實施何所提供 士 性曲線。 兒碓規的的工作特
【主要元件符號說明】 電離規 線狀陰極 陽極 離子收集極 線狀基體 場發射薄膜 外殼 電極引線 1〇0 1〇2 1〇4 1〇6 1〇8 110 12〇 122 13