钨基热电子发射阴极的功函数与表面稳定性
材料科学
2017-12-15 v1
摘要
具有低功函数因而易于向真空中发射电子的材料,构成了从卫星通信到热离子能量转换等应用中电子器件的基础。W-Ba-O 是典型的材料体系,作为热电子发射体商业用于一系列高功率电子器件中。然而,多晶 W 发射体表面的功函数、表面稳定性与动力学特征仍未被充分理解或表征。本研究中,我们利用密度泛函理论方法考察了 W-Ba-O 体系八个最低指数表面的功函数与表面稳定性。我们发现,在典型热离子阴极工作条件(高温、低氧分压)下,最稳定的表面吸附物为 Ba-O 物种,其组成范围为每个表面 W 原子对应 Ba0.125O 至 Ba0.25O,其中 O 钝化所有悬空的 W 键,而 Ba 产生降低功函数的表面偶极子。Wulff 构造分析揭示,O 与 Ba 的存在显著改变表面能量学,并改变平衡条件下各表面晶面所占比例。对已发表的 W 烧结动力学数据的分析表明,尺寸在 100–500 nm 范围内的细小 W 颗粒在阴极合成过程中可能处于或接近平衡,因而其表面取向比例可由计算所得 Wulff 构造很好地描述。
引用
@article{arxiv.1712.05308,
title = {Work function and surface stability of tungsten-based thermionic electron emission cathodes},
author = {Ryan Jacobs and Dane Morgan and John Booske},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.05308},
year = {2017}
}