用于聚焦场发射的碳纳米管阵列制造技术

本发明专利技术提供了用于场发射装置的系统和方法。碳纳米管阵列以可变高度分布设置在阴极基底上。设置阳极以加速向着X射线板发射的电子。电压供给至碳纳米管阵列以引起电子的发射。尖角高度分布可以为线性的或抛物线形的，所述可变高度分布的峰值高度可以出现在碳纳米管阵列的中心中。侧栅极还可以邻近碳纳米管阵列设置，以提供改善的电子发射和聚焦控制。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请主要涉及用于聚焦场发射的碳纳米管阵列。
技术介绍
小型化产品在医疗领域正变得逐渐占主流地位。具有较小的部件的好处包括容易移动、封装和运动费用减少，功耗减少，与热变形和震动相关的问题较少。考虑到这些优点， 系统和装置和小型化正变为活跃的研究领域。在过去的十年中，在开发用于开发较小的生物医学装置的新制造技术和材料方面已经取得了巨大的进展。可以提供装置的本质上的小型化的一种有前途的研究领域涉及碳纳米管的使用。碳纳米管在小型封装方面展现了令人难忘的结构、机械和电性能，包括较高的强度和较高的导电性和导热性。碳纳米管本质上是碳原子的六边形网络，并且被认为是卷成圆筒形形状的石墨层。用于制造碳纳米管的技术包括1)碳电弧放电技术，幻激光烧蚀技术，幻化学汽相沉积(CVD)技术，以及4)高压一氧化碳技术。在碳纳米管出现之前，产生X射线的传统方法包括在被加热至极高温度时用作电子源的金属丝(阴极)的使用。从被加热的金属丝发射的电子随后再次轰击金属靶(阳极)以产生X射线。然而，研究已经表明，与热离子发射相比，场发射是引出电子的更好的机制。在场发射中，以室温发射电子，并且输出电流是电压可控的。此外，用于电子发射所需的电压降低。
技术实现思路
根据一种实施例，一种场发射装置包括阴极，该阴极由基底和以可变高度分布设置在基底上的碳纳米管阵列构成，其中所述可变高度分布包括从所述可变高度分布的边缘到中心的递增。所述可变高度分布具有从所述可变高度分布的边缘到中心的线性递增。该场发射装置还可以包括侧栅极，所述侧栅极以部分重叠的方式邻近所述碳纳米管阵列设置，使得所述侧栅极的至少一部分存在于与所述碳纳米管阵列的至少一部分相同的平面中。所述侧栅极可以圆周地围绕所述碳纳米管阵列。为了用在X射线成像器或剂量给予装置中，该场发射装置还可以包括设置在所述阴极和所述碳纳米管阵列上方的X射线板，其中X射线板由在由从所述碳纳米管阵列发射的电子轰击时产生X射线的材料构成。在另一种实施例中，一种成像装置可以包括像素阵列，每个像素包括场发射装置，每个场发射装置包括阴极，该阴极具有基底和以可变高度分布设置在所述基底上的碳纳米管阵列。在又一种实施例中，一种聚焦场发射装置中的场发射方法，包括在设置在阴极基底上的碳纳米管阵列上供给电压的步骤，其中所述碳纳米管阵列被构造为具有尖角高度分布，其中可变高度分布从所述可变高度分布的边缘到中心递增。在另一种实施例中，一种聚焦场发射装置中的场发射的方法，包括在设置在阴极基底上的碳纳米管阵列上供给电压的步骤，其中碳纳米管阵列构造为使得碳纳米管的平均高度从阴极基底的圆周位置向阴极基底的中心位置增加，碳纳米管的最大平均高度出现在阴极基底的大致中心。前述概述仅是说明性的且不是限制性的。除了上述说明性的方面、实施例和特征， 通过参考附图和接下来的详细描述，其它方面、实施例和特征将变得明显。附图说明图1为根据本公开内容的一种实施例的包括场致发射阴极的X射线发射源装置的透视图。图2为根据本公开内容的另一种实施例的包括场致发射阴极的X射线发射源装置的透视图。图3为示出围绕如图1的实施例中那样排列的碳纳米管尖端的电场的聚集的等高线图。图4为图示在650V的直流电压为碳纳米管的变化的直径模拟的场发射电流历程的曲线图。图5为图示在650V的直流电压为邻近碳纳米管之间的变化的间距模拟的场发射电流历程的曲线图。图6(a)为用于根据本专利技术的示例性实施例的高度分布的在t = 50s的场发射处碳纳米管阵列的初始和偏离形状的模拟曲线图。图6(b)为用于比较例的随机高度分布的在t = 50s的场发射处碳纳米管阵列的初始和偏离形状的模拟曲线图。图7(a)为图示用于根据本公开内容的示例性实施例的高度分布的在t = 50s的场发射处100个碳纳米管的阵列中的碳纳米管的模拟尖端偏转角的曲线图。图7(b)为图示用于比较例的随机配置的在t = 50s的场发射处100个碳纳米管的阵列中的碳纳米管的模拟尖端偏转角的曲线图。图8为图示侧栅极对靠近所述阵列的边缘的纳米管上的电势的影响的曲线图。图9(a)为图示用于根据本公开内容的示例性实施例的尖角形高度分布的在t = 50s的场发射处100个CNT的阵列的场发射电流密度的模拟时间关系曲线的曲线图。图9(b)为图示用于比较例的随机高度分布的在t = 50s的场发射处100个CNT 的阵列的场发射电流密度的模拟时间关系曲线的曲线图。图10为图示t = 50s处尖角形高度分布阵列和随机分布阵列二者中的碳纳米管的尖端的电流密度的模拟分布的曲线图。图11 (a)为图示用于根据本公开内容的实施例的尖角形高度分布的t = 50s的场发射处100个CNT的阵列的碳纳米管的尖端的模拟最高温度的曲线图。图11 (b)为图示用于比较例的随机高度分布的t = 50s的场发射处100个CNT的阵列的碳纳米管的尖端的模拟最高温度的曲线图。具体实施例方式在接下来的详细描述中，参照附图，附图形成本具体实施方式的一部分。在附图中，相似的符号通常标示相似的部件，除非上下文另有指明。在具体实施方式、附图和权利要求中描述的说明性实施例不是要进行限制。在不偏离再次呈现的主题的精神或范围的情况下，可以利用其它实施例，并且可以进行其它变化。将容易理解，如大致在此描述的，且在附图中的图示的本公开内容的多个方面可以被以多种不同的配置进行配置、替换、组合和设计，所有的这些都是明显可预期的并形成本公开内容的一部分。图1图示了根据一种实施例的作为单个像素的X射线产生装置100。生长在基底上的碳纳米管可以用作场发射应用中的电子源。碳纳米管阵列可以生长在阴极基底上，并且它们的整体动态被利用使得该阵列的总发射强度足够高，同时每个碳纳米管上降低的负载会带来成像装置的长的工作寿命。这种阵列可以有利地用在纳米级X射线成像和/或X 射线输送装置的形成中，其中X射线产生装置为关键元件。X射线成像装置包括，例如，用于对哺乳动物的骨骼结构进行成像的骨骼成像器。X射线输送装置包括，例如，用作癌症治疗计划的一部分用于控制恶性肿瘤细胞的进一步生长的一部分的定向放射治疗装置。如图1所示，X射线产生装置100可以包括阴极基底2、碳纳米管6的碳纳米管阵列4、阳极8、侧栅极12、以及位于基底2和侧栅极12之间的任选的绝缘层14。虽然图1示出了由单个X射线产生装置100构成的单个像素，但X射线产生装置实际上可以包括成一维、二维或三维阵列的多个像素。X射线产生装置100的阴极基底2支撑阴极阵列4并为碳纳米管6提供生长表面。 其上可以生长碳纳米管6的基底材料包括，例如，铝、铜、不锈钢、钼、硅、石英、云母、或高取向热解石墨(HOPG)。也可以采用其它材料，阴极基底2可以为如图1所示的圆筒形的，或者可以具有任何其它形状，包括，例如，正方形或多边形。阴极基底材料还可以为阴极纳米管阵列4提供刚性支撑。阴极纳米管阵列4形成在阴极基底2上。虽然图1图示了碳纳米管6直接形成在基底2上，但一层或多层可以形成在基底2和阴极纳米管阵列4之间。形成该阵列的碳纳米管6可以生长为单壁纳米管(SWNT)或多壁纳米管(MWNT)。大多数SWNT具有约1纳米的直径，管长度可以为数千倍长。SffNT的结构可以通过将称为石墨烯的单原子厚度层的石墨缠绕成无缝本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：德彼坡罗萨德·罗伊·马哈帕特拉，
申请(专利权)人：印度科学院，
类型：发明
国别省市：