本发明专利技术涉及一种电离规，该电离规包括线状阴极、阳极和离子收集极，该阳极环绕于线状阴极外侧，离子收集极环绕于阳极外侧，其中，线状阴极包括线状基体及设置于线状基体上的场发射薄膜。该场发射薄膜优选为碳纳米管。该电离规利用碳纳米管的场发射性质发射电子，从而测量气体压强，因此具有结构简单、稳定性好、低功耗、低放气率等优点，适用于对温度或光敏感的真空系统。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种气体压强测量器件，尤其涉及一种用于对温度或光敏感 的真空系统的电离规。
技术介绍
当代科技发展迅猛，在许多高新
都需要真空环境，而真空测量 是其中必不可少的重要环节。传统的电离规包括阴极、阳极及离子收集极， 阳极与离子收集极分布于以阴极为圆心的同心圆上，阳极设置于阴极与离子 收集极之间。目前，应用于真空测量的传统型的电离规中，阴极电子源均是加热的鴒丝，需要有电源给鴒丝供电，因此使得该电离规具有较大的功耗； 另外，由于鴒丝放气率高，使得该电离规不适用于高真空(低压强)的测量； 同时由于该电离规工作时还会有热辐射及光辐射，从而使该电离规不适用于 对温度及光敏感的真空系统。有鉴于此，提供一种结构筒单、低功耗、低放气率、无热辐射及无光辐 射的电离规是必要的。
技术实现思路
一种电离规，包括线状阴极、阳极和离子收集极，该阳极环绕于线状阴 极外侧，离子收集极环绕于阳极外侧，其中，线状阴极包括线状基体及设置 于线状基体上的场发射薄膜。所述线状基体为导电金属丝。所述场发射薄膜为生长于线状基体上的碳纳米管，或涂敷于线状基体上 的碳纳米管浆料及导电浆料。所述阳极及离子收集极可为金属环，金属孔或者金属网的孔状结构。 与现有的电离规相比，本专利技术所提供的电离规中，由于采用具有优良的 场发射性质的碳纳米管来发射电子，因此具有结构简单、低功耗、低放气率、 无热辐射及无光辐射等优点，从而使该电离规适用于对温度或光敏感的真空系统。同时，该电离规测量的真空范围为1(T7 (Torr)托至10^Torr,已达到 传统型电离规的测量范围，且该电离规测量的真空范围可通过优化其结构而 进一步扩展。附图说明图l为本专利技术实施例所提供的电离规的侧剖视图。 图2为本专利技术实施例所提供的电离规的横截视图。 图3为本专利技术实施例所提供的电离规的的工作特性曲线。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步的详细说明。请参阅图l，本专利技术提供一种电离规100,该电离规100包括线状阴极102、 阳极104和离子收集极106，该阳极104环绕于线状阴极102的外侧，离子收集 极106环绕于阳极104外侧。阳极104及离子收集极106分布于以线状阴极102 为圆心的同心圆上。线状阴极102、阳极104及离子收集极106三者间彼此都是 绝缘的。电离规100进一步包括外壳120及三个电极引线122,上述线状阴极 102，阳极104和离子收集极106均置于外壳120内，三个电极引线122的一端分 别与阴极102，阳极104和离子收集极106连接，另一端延伸至外壳120外。外 壳120是封闭的，具有一定的真空度。该阳极104和离子收集极106的材料为导电金属，如镍、鴒、铜等。阳极 104为金属环，金属孔或者金属网等孔状结构。离子收集极106为金属环，金 属孔或者金属网等孔状结构或平板状结构。请参阅图2，该线状阴极102包括线状基体108及线状基体108上的场发射 薄膜IIO。线状基体108为镍、鴒、铜等导电金属丝。线状基体108直径的范围 为0.2毫米(mm)至2mm,优选为0.3mm。线状阴极与阳极的距离为lmm至 8mm，线状阴极与离子收集极的距离为10mm至15mm。场发射薄膜110包括碳纳米管浆料及导电浆料。导电浆料包括低熔点玻璃 及导电金属微粒，碳纳米管浆料包括有机载体、碳纳米管，各成分的质量百 分比为碳纳米管5~15%、导电金属微粒10 20%、低熔点玻璃5%及有机载 体60 80%。碳纳米管为通过化学气相沉积法、电弧放电法或激光蒸发法等现有方法制备，通过离心提纯所得到的纯度较高的碳纳米管。碳纳米管的长度在5微米 至15微米的范围内为佳，过短会减弱碳纳米管的场发射特性，过长容易使碳 纳米管折断。有机载体包括作为主要溶剂的松油醇、作为增塑剂的少量邻位苯二甲酸 二丁酯及作为稳定剂的少量乙基纤维素的混合物。低熔点玻璃的熔点要低于线状基体108的材料的熔点，从而保证在加热的 情况下，低熔点玻璃先熔化。优选地，低熔点玻璃的熔点在400 50(TC的范 围内。低熔点玻璃的作用是将场发射薄膜110中的碳纳米管与线状基体108进 行粘结，从而防止在电场的作用下碳纳米管从线状基体108上脱落，进而延长 线状阴极102的使用寿命。-导电金属微粒的材料可为氧化铟锡或银，其可保证碳纳米管与线状基体 108之间的电性连接。线状阴极102的制备具体步骤如下(1 )将碳纳米管、导电金属微粒、低熔点玻璃及有机载体等按一定的质 量百分比混合；(2 )通过超声震荡等方法使各成份均匀分散而得到均匀稳定的浆料； (3)将所得的浆料通过丝网印刷等方法涂覆于线状基体108上，再进行 烘千和焙烧而形成覆于线状基体108上的场发射薄膜110。步骤(3)中烘干的目的是去掉步骤(2)中所得到的浆料中的有机载体； 焙烧的目的是使低熔点玻璃熔融，起到粘结碳纳米管与基体108的作用。为进一步地增强线状阴极102的场发射特性，在步骤(3)之后，可进一 步包括对场发射薄膜110的表面进行摩擦处理的步骤。该摩擦步骤可使得碳纳 米管的一端由于被摩擦引起的静电所吸引而冒头，且冒出头的碳纳米管取向 一致，因此可增强线状阴极102的场发射特性。场发射薄膜110还可为通过化学气相沉积法、电弧放电法或激光蒸发法等 方法直接生长于线状基体108的碳纳米管。以下说明该电离规100测量压强的工作原理线状阴极102为零电位， 阳极104加上正电位。在阳极104电位的作用下，线状阴极102发射出电子， 大部分电子会穿过阳极104，飞向离子收集极106。由于离子收集极106上施加负电位，对电子有减速的作用，因此电子又会反向折回阳极104,形成阳极电流Ie。在此过程中，电子与被测环境空间的气体分子碰撞并使气体分子电离，产生带正电的离子。该正离子被离子收集极106所吸收，形成离子流Ii。阳极电流Ie与离子流Ii有如公式(1)的关系I/Ie=kp ( 1 )其中p为气体压强，k是一个固定的比例系数，称为灵敏度。灵敏度是电 离规100的固有性质，由它的结构决定。通过标准真空计校准该电离规IOO，可得知其灵敏度k。因此，通过测量电离规100的阳极电流Ie和离子流Ii就可以得出被测环境的气体压强p 。需要指出的是，电子在线状阴极102与阳极104间的距离d内，与气体分子 相碰撞的几率P可由公式(2)表示P(d)=l-exp(-d/l) ( 2 )其中l是平均自由程，它与气体压强成反比。为了尽量减小电子与气体分 子的碰撞几率P，要求d应比l小，以减少线状阴极102与阳极104之间产生的离 子，避免离子轰击线状阴极102，造成线状阴极102的损坏或不稳定。本实施 例中，优选地，线状阴极102与阳极104间的距离d为lmm至2mm，线状阴极 102与离子收集极106间的距离D为12mm。请参阅图3，测量结果显示了本实施例的电离规IOO，收集极电压为25伏 (V)，阳极电压为乃OV在10々Torr至1 (^Torr测量范围内，1/[6与P之间具有极好 的线性关系，因此该电离规1 OO适用于10'7Torr至10'3Torr范围内真空度的测 量。与传统型的电离规相比，本专利技术所提供的电离规中，由于采用具有优良 的场发射性质的碳纳米管来发射本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电离规，包括线状阴极、阳极和离子收集极，该阳极环绕于线状阴极外侧，离子收集极环绕于阳极外侧，线状阴极、阳极和离子收集极相互绝缘地间隔设置，其特征在于：线状阴极包括线状基体及设置于线状基体上的场发射薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖林，陈丕瑾，胡昭复，魏洋，刘亮，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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