099年 07月 21 日： 1335984 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種氣體壓強測量器件，尤其涉及一種用於 對溫度或光敏感的真空系統的電離規。 【先前技術】 [0002] 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要環節。先前的電 離規包括陰極、陽極及離子收集極’陽極與離子收集極 分佈於以陰極為圓心的同心圓上，陽極設置於陰極與離 子收集極之間。目則’應用於真空測量的傳統型的電離 規中’陰極均係加熱的鎢絲y需婆"肴·電源:給鎢絲供電， 故，使得该電離規具有較大的功杈；另，由於鎢絲放氣率 高，使得該電離規不適用於高真空（低壓条）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。 [0003] 有鑒於此，提供一種結構簡單、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】 [0004] —種電離規，包括線狀陰極、陽極及離子收集極，該陽 極環繞於線狀陰極外側，離子收集極環繞於陽極外側， 其中，線狀陰極包括線狀基體及設置於線狀基體上的場 發射薄膜。 [0005] 所述線狀基體為導電金屬絲。 [0006] 所述場發射薄膜為生長於線狀基體上的奈米碳管，咬塗 096118737 表單编號A0101 第3頁/共14頁 0993262280-0 Ϊ535984 099年〇7月21曰镔 敷於線狀基體上的奈米碳管漿料及導電漿料 [0007] [0008] 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電子，故 ，具有結構簡單 '低功耗 '低放氣率、無熱輻射及無光 轄射等優點’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丨〇-7托（ Torr)至10_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】 ' [0009] [0010] 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1〇〇包 括線狀陰極102、陽極104及離子收集極106，該陽極104 環繞於線狀陰極102的外側，離子收集極1〇6環繞於陽極 104外側。陽極104及離子收集極1〇6分佈於以線狀陰極 102為圓心的同心圓上。線狀陰極1〇2、陽極104及離子 收集極106三者之間係絕緣的。電離規1〇〇進一步包括外 殼120及三個電極引線122，上述線狀陰極102，陽極104 及離子收集極106均置於外殼120内，三個電極引線122 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。 096118737 表單編號A0101 0993262280-0 1335984 099年 07月 [0011] 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。 [0012] 請參閱圖2 ’該線狀陰極102包括線狀基體1〇8及設置於線 狀基體108上的場發射薄膜11〇 ^線狀基體1〇8為鎳、鎢 、銅等導電金屬絲。線狀基體1〇8的直徑範圍為〇. 2毫米 (mm)至2mm ’優選為0· 3mm。線狀陰極102與陽極104 • 的距離為1mm至8mm，線狀陰極1〇2與離子收集極1〇6的距 離為1 0mm至15mm。 [0013] _ ° Ά . V: .· 場發射薄膜110包括奈米碳管^料及導電漿料。導電聚料 包括低熔點玻璃及導電金屬^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1〇~20%、低熔點玻璃5%及有機載 體60〜80%。 φ [0014] 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。 [0015] 有機載體包括作為主要溶劑的松油醇、作為增塑劑的少 量鄰位笨二曱酸二丁酯及作為穩定劑的少量乙基纖維素 的混合物。 [0016] 低熔點玻璃的熔點要低於線狀基體1〇8的材料的熔點，從 096118737 表單編號A0101 第5頁/共14頁 0993262280-0 1335984 099年07月21日隹正養換頁 而確保於加熱的情況下’低炼點破璃先溶化 低炼點玻璃的炼點在_〜5()(rc的範圍内。低熔點玻璃的 作用係將場發㈣膜11Q中的奈⑭管與線狀基體ι〇8進 優選地 行枯結，從㈣A於電場的仙下奈米碳管從線狀基體 108上脫落，進1^延長線狀陰極102的使用壽命 [0017] [0018] [0019] [0020] [0021] [0022] [0023] 導電金綠_㈣可為氧仙m訪躲奈米 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 ⑴將奈来碳管、導電金屬微粒、低㈣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勾 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 108上，再進行烘乾及焙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騾中所得到的漿 料中的有機載體，培燒的目的係使低熔點玻璃炫融，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丨〇2的場發射特性，於步驟（3 )之後，可進一步包括對場發射薄膜11()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 白致故了增強線狀陰極102的場發射特性。奈米碳
096118737 表單編號A0101 第6頁/共14頁 0993262280-0 1335984 [0024] [0025] [0026] 099年07月21日按正替換頁
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[0028] [0029] [0030] 096118737 管還可進行膠帶粘貼地處理，以使其露頭。 場發射薄膜110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108的奈米碳管 〇 以下說明該電離規10 0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，形成陽極黨流Ie。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I i。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的陽極電流Ie及離子流Ii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104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(-d/l) (2) 表單編號A0101 第7頁/共14頁 0993262280-0 1335984 099年07月21曰 1_-— [0031] 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102的損壞或不穩定。本實 施例中’優選地，線狀陰極102與陽極104間的距離d為 lmm至2mm，線狀陰極102與離子收集極1〇6間的距離D為 12mm 〇 [0032] 請參閱圖3 ’測量結果顯示了本實施例的電離規1 〇 〇，在 收集極電壓為25伏（V) ’陽極電壓為750V於l〇-7Torr至 10_3Torr的測量範圍内，Ii/ie與p之間具有極好的線性 關係，故該電離規100適用於l〇-7Torr至l(T3T〇rr範圍 内真空度的測量。 [0033] 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' 低功耗、低放氣率、無熱輻射及無光 轄射等優點，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g1〇-7T〇rr至 10_3T〇ri·，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其結構而進—步擴展。 [0034] 综上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提 出專利申請。惟，以上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。舉凡熟悉本案 技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化， 皆應涵蓋於以下申請專利範圍内。 096118737 【圖式簡單說明】 表單編號A0101 第8頁/共14頁 0993262280-0 1335984 099年07月21日垵正替换頁 [0035] 圖1為本發明實施例所提供的電離規的側剖視圖。 [0036] 圖2為本發明實施例所提供的電離規的橫截視圖。 [0037] 圖3為本發明實施例所提供的電離規的的工作特性曲線。 【主要元件符號說明】 [0038] 電離規：100 [0039] 線狀陰極：102 [0040] 陽極：104 [0041] 離子收集極：106 [0042] 線狀基體：108 [0043] 場發射薄膜：110 [0044] 外殼：120 [0045] 電極引線：122
096118737 表單編號A0101 第9頁/共14頁 0993262280-0