Новости науки 26.04.01. Углеродные нанотрубки могут работать в источниках рентгеновского излучения.

Благодаря своим уникальным свойствам углеродные нанотрубки представляются перспективным материалом для использования в различных областях человеческой деятельности. В частности, они могут найти применение в медицинских рентгеновских установках, а также в рентгеновских приборах неразрушающего контроля в промышленности.

Рис.1. Схематическое изображение экспериментальной рентгеновской установки с автоэмиссионным катодом из углеродных нанотрубок (CNTs).

Традиционный метод получения рентгеновских лучей - бомбардировка металлических мишеней ускоренными электронами. В качестве источника электронов используются либо термоэмиссионные, либо автоэмиссионные катоды (рис.1). При термоэлектронной эмиссии за счет нагрева катода до высоких температур электроны приобретает кинетическую энергию достаточную для того, чтобы преодолеть потенциальный барьер на границе эмиттера и выйти в вакуум. При полевой (автоэлектронной) эмиссии электроны выходят в вакуум, туннелируя сквозь потенциальный барьер, сниженный и суженный приложенным электрическим полем. Часто в рентгеновских трубках используются вольфрамовые катоды. Вследствие энергоемкости термоэлектронные эмиттеры не очень удобны для использования в компактных установках неразрушающего контроля. Однако использование автоэмиссионных катодов в компактных установках также затруднено тем, что они требуют высокого вакуума, так как взаимодействие с остаточными молекулами газа приводит к нестабильности в работе катода и его ускоренной деградации. Вследствие высокой химической стабильности углеродные нанотрубки менее требовательны к вакууму и представляют потому значительный интерес для приборных применений.

Рис.2. Рентгеновское изображение интегральной схемы, полученное с помощью полевого "нанотрубчатого" (a) и термоэмиссионного вольфрамового (b) катодов. Стрелками показаны тонкие золотые провода, лучше различимые на рисунке 2a.

Специалисты из нагойского технического института провели сравнительные исследования работы термоэмиссионного вольфрамового катода и катода, состоящего из углеродных нанотрубок, осажденных на покрытую тонким слоем графита вольфрамовую проволочку [1]. Так как в первую очередь приборы неразрушающего контроля требуются в электронной промышленности, в качестве исследуемых образцов использовались интегральные схемы, также были получены высококачественные рентгеновские изображения биологических объектов. На рис.2 показано рентгеновское изображение интегральной схемы, полученное с помощью полевого "нанотрубчатого" (a) и термоэмиссионного вольфрамового (b) катодов. Видно, что изображение, полученное с помощью автоэмиссионного катода, лучше, что связано с большей энергетической однородностью спектра эмиттированных электронов.

Но прежде чем "нанотрубчатые" полевые катоды станут обычным элементом промышленных устройств, предстоит справится с несколькими трудностями. Наиболее серьезная из них - небольшое время жизни. При вакууме порядка 10^-7 Торр время жизни "нанотрубчатого" полевого катода - около часа, в дальнейшем нанотрубки "осыпаются" с подложки (для сравнения - вольфрамовый катод в полевом режиме работает в таком же вакууме всего несколько минут).

1. H.Sugie, M.Tanemura, V.Filip et al. Appl.Phys.Lett. v.78, 2587 (2001).

перейти к началу страницы