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公開番号2022073816
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-05-17
出願番号2020192059
出願日2020-11-02
発明の名称蔓状炭素膜
出願人個人,個人
代理人個人
主分類H01J 9/02 20060101AFI20220510BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】 低動作開始電圧を有し安定したIV特性をもつエミッタ用炭素膜を得ること。
【解決手段】 本エミッタ用炭素膜は蔓状で不定形に成長した炭素膜構造をもつ。この蔓の表面には棘が法線状に多数存在する。 また棘は非常に小面積の数層からなる独立したグラフェンシート群からなっている。 グラフェンシートはナノメートルの平面からなり、個々のシートには連続性は認められない。 個々のグラフェンシートは蔓に法線状に立ち混在している。 電子放射は法線状に立ったナノシート群の尖端から放射される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
炭素膜のマクロ形状が蔓状を形成し、蔓状の表面に棘を多数もつことを特徴とするエミッタ用炭素膜。
続きを表示(約 250 文字)【請求項2】
上記棘は一遍が数10から300ナノメートルの微小面積平面体で、数層からなるグラフェンシートでできており、幹となる蔓表面に対し法線状に立っているものと、蔓に平行に寝ているものとが存在する請求項1に記載した炭素膜。
【請求項3】
上記法線状に立っている多数のグラフェンシートは独立に存在し、連続性はない請求項1に記載した炭素膜。
【請求項4】
上記直立したグラフェンシートは、シート平面の尖端が段差など電子放出しやい平面針形状が存在する請求項1の炭素膜。

発明の詳細な説明【発明の詳細な説明】
【】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電界が集中し易すく、その集中度が揃った形状に成膜され、電界閾値を超えると電子放射する炭素膜及び炭素膜構造に関するものである。
続きを表示(約 1,700 文字)【背景技術】
【0002】
電界放射は物質表面に(一般的には)10MV/m以上の電界が印加されると、物質中の電子が真空中に放出される現象である。 この電界放射を行うものとして、カーボンナノチューブ、針状突起を有する炭素膜構造体が開発されてきている。 カーボンナノチューブ、針状突起を有する炭素膜構造体は(以下炭素膜構造体と呼ぶ)、尖端が細長いパイプ状でその高アスペクト比から高い電界集中係数を持ち、優れた放射特性から電界電子放出素子を得る事ができるとされている。 電界放射特性(IV特性)とは、陽極と電界放出機能を持つ陰極との間に電圧Vを印加して、印加電圧Vと電界放射電流(エミッション電流)Iとの関係を示す曲線により示される特性であり、電界放出を開始する電圧(閾値電圧又は動作開始電圧)や、上記曲線の傾きや形状で特徴づけられる。
【0003】
真空下において、このような冷陰極にタングステン等X線の発生効率のよい金属からなる陽極(ターゲット)を対向配置し、冷陰極に負電圧を印加し陽極を接地すると、冷陰極から電界放射により電子が放出される。 この放出した電子が、電極間に掛かる電圧により加速され、ターゲットに衝突して、X線を放射する冷陰極X線管がある。
X線の発生には所定のエネルギーと量をもつ電子流の放出が必要である。 この電子量を示すエミッション電流を縦軸に陽陰極極間電圧を横軸にして示す電流電圧(IV)特性曲線は冷陰極の電子放出性能を示している。
【0004】
炭素膜構造体を冷陰極X線管に適用する場合、管電圧は30kV以上、管電流は0.01mA以上が一般的に必要とされる。
またX線管では、炭素膜構造体から常時電子放出していくと、管内の真空中の残留ガスが炭素膜構造体から放出した電子により、電離してイオンを生成する。 このイオンが電界により加速され炭素膜構造体(エミッタ)に衝突する。 このことで電子放出状態が変化し、安定したX線出力が得られない。
【0005】
炭素膜構造体は、先端に効率よく電界が印加されるように、先端の曲率とチューブの長さの比が大きいものがよいとされてきた。 事実、炭素膜構造体はアスペクト比は大きい。
【0006】
しかしアスペクト比がすべて揃っているわけではなく、ある不連続な分布が存在する。そのため、低い印加電圧では、大きなあるいは特異的なアスペクト比のものが、先ず電子放出するが、電圧の上昇につれ、破壊消滅する。 次に大きなアスペクト比を持つものが電子放出する。このように印加電圧にたいして、電子放出する構造体が変化する。 このことがよく言われる電子放出のチラツキとなる。
【0007】
この現象を炭素膜構造体全体でみると、電圧を印加していくと、炭素膜構造体の一部の領域から電子放出が生じ、これによる電流値はかなり高い値であるが、電流放出限界や、放電により、電子放出しなくなると、電子放出が始まる別の領域に移行し、異なったIV特性となる。これはIV特性を複数回測定する、あるいは一定電圧を印加しつづけた時などによく見られる現象である。
【0008】
炭素膜構造体を電界電子放射を使用する電子管やX線管に適用に当たり、大電流化と電子のチラツキ防止及び性能の安定化を制限している。 そこで先ず低動作開始電圧を持ち、印加電圧Vで炭素膜構造体の電子放出の因子である電界集中係数β値の大きい一部領域から電子放出するのではなく、膜全体から電子放出し、1個の電子放出量は少ないが、非常に多数個から放出する炭素膜(エミッション膜)で安定したIV特性を提供する冷陰極用の炭素膜の実現が望まれていた。
【0009】
【先行技術文献】
【特許文献】
【0010】
特開2008-150253
特開2007-186368
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
(【0011】以降は省略されています)

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