radioelectronicsИзвестия высших учебных заведений России. РадиоэлектроникаJournal of the Russian Universities. Radioelectronics1993-89852658-4794Saint Petersburg Electrotechnical University10.32603/1993-8985-2018-21-4-57-63radioelectronics-249Research ArticleЭЛЕКТРОНИКА СВЧMICROWAVE ELECTRONICSИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК МЕТАЛЛОПОРИСТОГО КАТОДА, МОДИФИЦИРОВАННОГО НАНОУГЛЕРОДОМPERFORMANCE INVESTIGATION FOR NANOCARBON MODIFIED DISPENSER CATHODEКрачковскаяТ. М.KrachkovskayaT. M.

Крачковская Татьяна Михайловна – магистр техники и технологии по направлению "Приборостроение" (2011). Начальник сектора катодного комплекса АО «НПП "Алмаз"», аспирантка кафедры приборостроения  Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю. А.  Автор 21 научной публикации. Сфера научных интересов – катодная техника.

ул. Панфилова, д. 1, Саратов, 410033.

Tatyana M. Krachkovskaya – Master’s Degree in Instrumentation in Gagarin Saratov State Technical University (2011). Postgraduate student and Chief of Section at SC "RPE "Almaz". The author of more than 21 scientific publications. Area of expertise: cathode technique.

1, Panfilova str., 410033, Saratov

krachkovskayatm@almaz-rpe.ruСторублевА. В.StorublevA. V.

Сторублев Антон Вячеславович – начальник сектора катодного комплекса АО «НПП "Алмаз"», аспирант кафедры физики твердого тела Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского. Окончил Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского (2011) по специальности "Медицинская физика". Автор пяти научных публикаций. Сфера научных интересов – катодная техника; лампы бегущей волны; вакуумная электроника.

ул. Панфилова, д. 1, Саратов, 410033.

Anton V. Storublev – Master’s Degree in Medical Physics in Chernyshevsky Saratov State National Research University. Postgraduate student and Chief of Section at SC "RPE "Almaz". The author of 5 scientific publications. Area of expertise: cathode technique, TWT, vacuum electronics.

1, Panfilova str., 410033, Saratov.

storublevav@almaz-rpe.ruСахаджиГ. В.SakhadjiG. V.

Сахаджи Георгий Владиславович – кандидат технических наук (2013), начальник научно-производственного комплекса АО «НПП "Алмаз"». Автор 32 научных публикаций. Сфера научных интересов – катодная техника.

ул. Панфилова, д. 1, Саратов, 410033.

Georgy V. Sakhadji – Ph.D. in Engineering (2013), Chief of Research and Production Complex at SC "RPE "Almaz". The author of more than 32 scientific publications. Area of expertise: cathode technique.

1, Panfilova str., 410033, Saratov.

sahadjigv@almaz-rpe.ruЕмельяновА. С.EmelyanovA. N.

Емельянов Андрей Сергеевич – бакалавр по направлению "Электроника и наноэлектроника" (2016), студент магистратуры Саратовского государственного технического университета им. Гагарина Ю. А., инженер-технолог катодного комплекса АО «НПП "Алмаз"». Автор трех научных публикаций. Сфера научных интересов – катодная техника.

ул. Панфилова, д. 1, Саратов, 410033.

Andrey S. Emelyanov – Bachelor’s Degree in Electronics and Nanoelectronics in Gagarin Saratov State Technical University (2016). Graduate student and engineer at SC "RPE "Almaz". The author of 3 scientific publications. Area of expertise: cathode technique.

1, Panfilova str., 410033, Saratov.

emelyanovas@almaz-rpe.ruАО «НПП "Алмаз"»РоссияJSC RPE "Almaz"Russian Federation201828082018045763Copyright © Крачковская Т.М., Сторублев А.В., Сахаджи Г.В., Емельянов А.С., 20182018Крачковская Т.М., Сторублев А.В., Сахаджи Г.В., Емельянов А.С.Krachkovskaya T.M., Storublev A.V., Sakhadji G.V., Emelyanov A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://re.eltech.ru/jour/article/view/249

Представлены характеристики металлопористых катодов (МПК) с добавкой наноуглеродных частиц – сульфоаддукта нанокластеров  углерода (Углерон®)  в  состав активного вещества и полиэдральных многослойных углеродных наноструктур фуллероидного типа тороидальной формы (Астралены®) в состав вольфрамовой матрицы. Катоды  рассматриваются в качестве источников электронов для  современных  СВЧ-приборов, в частности ламп  бегущей волны. Описаны результаты их ускоренных испытаний на долговечность. Приведены результаты замеров на эмиссионную способность. Приведен сравнительный рентгеноструктурный анализ эмитирующих поверхностей модифицированного и типового катодов и соответствующих им  анодов. Отмечены особенности морфологии металлической матрицы МПК с добавкой углеродных наночастиц. Кроме  того, исследована устойчивость модифицированных наноуглеродом катодов к работе в условиях недостаточного вакуума. Сделаны выводы о целесообразности дальнейшего изучения параметров модифицированных наноуглеродом термокатодов, таких как работа выхода электронов и скорость испарения активного вещества с Углероном®. Даны рекомендации по дальнейшему совершенствованию технологии изготовления МПК с добавкой наноуглеродных частиц.

The article provides  characteristics of dispenser cathodes with admixture of nanocarbon particles,  i.e. sulfoadduct of carbon  nanoclusters (Ugleron®), into active material and polyhedral multilayer carbon  nanostructures of the fulleroid  type  and  toroidal  shape  (Astralenes®)  into  tungsten matrix.  The emitters are  considered as  electron  sources  for modern microwave devices,  in particular  travelling wave tube.  The results  of their accelerated life tests.  Emission  capacity measurement results  are provided. A comparative x-ray analysis  of modified and  typical cathode emitting  surfaces  and  respective  anodes is presented. The morphology features of DC metal  matrix  with  admixture of carbon  nanoparticles are mentioned. Moreover,  resistance of nanocarbon modified cathodes to operation under  insufficient vacuum  conditions is investigated.It is concluded that  the further  study  of nanocarbon modi-fied thermal cathode parameters, e.g. electron  work function and  active substance evaporation rate with Ugleron®, is reasonable. Recommendations on further  improvement of dispenser cathodes manufacturing technology with admixture of nanocarbonic particles.

наноуглеродметаллопористый катодАстралены®Углерон®эмиссиядолговечностьnanocarbondispenser cathodeAstralen®Ugleron®emissiondurabilityReferencesЕлецкий А. В. Холодные полевые эмиттеры на основе углеродных нанотрубок // Успехи физических наук. 2010. Т. 180, № 9. С. 897–930. doi: 10.3367/UFNr.0180.201009a.0897Eletskiy A. V. Cold Field Emitters Based on Carbon Nanotubes. Uspekhi Fizicheskikh Nauk [Physics - Uspekhi]. 2010, vol. 180, no. 9, pp. 897–930. doi:10.3367/UFNr.0180.201009a.0897 (In Russian)Field-induced electron emission from nanoporous carbon of various types / A. V. Arkhipov, P. G. Gabdullin, N. M. Gnuchev, S. N. Davydov, S. I. Krel, B. A. Loginov // Saint Peterburg Polytechnic University J. Physics and Mathematics. 2015. № 1. P. 47–55. doi: 10.1016/j.spjpm. 2015.03.011Arkhipov A. V., Gabdullin P. G., Gnuchev N. M., Davydov S. N., Krel S. I., Loginov B. A. Field-Induced Electron Emission From Nanoporous Carbon of Various Types. St. Peterburg Polytechnic University Journal: Physics and Mathematics. 2015, no. 1, pp. 47–55. doi: 10.1016/j.spjpm.2015.03.011Фурсей Г. Н., Петрик В. И., Новиков Д. В. Низкопороговая автоэлектронная эмиссия из углеродных нанокластеров, полученных методом холодной деструкции графита // ЖТФ. 2009. Т. 79, № 7. С. 122–126.Fursay G. N., Petrik V. I., Novikov D. V. Low-Threshold Field Emission From Carbon Nanoclusters Obtained by the Method of Cold Destruction of Graphite. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki [Technical Physics]. 2009, vol. 79, no. 7, pp. 122–126. (In Russian)Автоэлектронная и взрывная эмиссия из графеноподобных структур / Г. Н. Фурсей, М. А. Поляков, А. А. Кантонистов, А. М. Яфясов, Б. С. Павлов, В. Б. Божевольнов// ЖТФ. 2013. Т. 83, № 6. С. 71–77.Fursay G. N., Polyakov M. A., Kantonistov A. A., Yafyasov A. M., Pavlov B. S., Bozhevolnov V. B. Autoelectronic and Explosive Emission from Graphene-Like Structures. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki [Technical Physics]. 2013, vol. 83, no. 6, pp. 71–77. (In Russian)Бернацкий Д. П., Павлов В. Г. Полевая электронная эмиссия с иридиевого острия, покрытого углеродом// ЖТФ. 2017. Т. 87, № 11. С.1729–1733. doi: 10.21883/JTF.2017.11.45138.2260Bernatsky D. P., Pavlov V. G. Field Electron Emission from an Iridium Tip Coated with Carbon. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki [Technical Physics]. 2017, vol. 87, no. 11, pp. 1729–1733. doi: 10.21883/JTF.2017.11.45138.2260 (In Russian)Krachkovskaya T. M., Sahadji G. V., Zhuravlev S. D. Modern electron sources for TWTs in millimeter and submillimeter ranges // Journal of Radio Electronics (Zhurnal Radioelektroniki) 2017. № 12. URL: http://jre.cplire.ru/jre/dec17/5/text.pdf (дата обращения 20.08.2018).Krachkovskaya T. M., Sakhadji G. V., Zhuravlev S. D. Modern Electron Sources For Twts in Millimeter and Submillimeter Ranges. Zhurnal Radioelektroniki [Journal of Radio Electronics]. 2017, no. 12. Available at: http://jre.cplire.ru/jre/dec17/5/text.pdf (accessed 20.08.2018).Елецкий А. В. Механические свойства углеродных наноструктур и материалов на их основе // Успехи физических наук. 2007. Т. 177, № 3. С.233–274. doi: 10.3367/UFNr.0177.200703a.0233Eletskiy A. V. Mechanical Properties of Carbon Nanostructures and Materials Based on them. Uspekhi Fizicheskikh Nauk [Physics - Uspekhi]. 2007, vol.177, no. 3, pp. 233–274. doi: 10.3367/UFNr.0177.200703a.0233 (In Russian)The electronic properties of graphene / A. H. Castro Neto, F. Guinea, N. M. R. Peres, K. S. Novoselov, A. K. Geim// Review of Modern Physics. 2007. Oct. P. 1–55. doi:10.1103/RevModPhys.81.109Castro Neto A. H., Guinea F., Peres N. M. R., Novoselov K. S., and Geim A. K. The Electronic Properties of Graphene. Review of Modern Physics, Oct. 2007, pp. 1–55. doi: 10.1103/RevModPhys.81.109Харламова М. В. Электронные свойства одностенных углеродных нанотрубок и их производных // Успехи физических наук. 2013. Т. 183, № 11. С. 1145–1174. doi: 10.3367/UFNr.0183.201311a.1145Kharlamova M. V. Electronic Properties of Single-Walled Carbon Nanotubes and Their Derivatives. Uspekhi Fizicheskikh Nauk [Physics - Uspekhi]. 2013, vol. 183, no. 11, pp. 1145–1174. doi: 10.3367/UFNr.0183.201311a.1145 (In Russian)Magnetic Properties of Multiwall Carbon Nanotubes and Astralenes in Strong Electric Fields / A. N. Brozdnichenko, A. N. Ponomarev, V. P. Pronin, V. V. Rybalko // J. of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2007. Vol. 1, № 1. P. 110–112. doi: 10.1134/S1027451007010223Brozdnichenko A. N., Ponomarev A. N., Pronin V. P., Rybalko V. V. Magnetic Properties of Multiwall Carbon Nanotubes and Astralenes in Strong Electric Fields. Journal of Surface Investigation. X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2007, vol. 1, no. 1, pp. 110–112. doi: 10.1134/S1027451007010223Structural and magnetic resonance study of astralen nanoparticles / A. I. Shames, E. A. Katz, A. M. Panich, D. Mogilyansky, E. Mogilko, J. Grinblat, V. P. Belousov, I. M. Belousova, A. N. Ponomarev // Diamond & Related Materials. 2009. Vol. 18. № 2–3. P. 505–510. doi.org/10.1016/j.diamond.2008.10.056Shames A. I., Katz E. A., Panich A. M., Mogilyansky D., Mogilko E., Grinblat J., Belousov V. P., Belousova I. M., Ponomarev A. N. Structural and Magnetic Resonance Study of Astralen Nanoparticles. Diamond & Related Materials. 2009, vol. 18, no. 2–3, pp. 505–510. doi.org/10.1016/j.diamond.2008.10.056Closed π-Electron Network in Large Polyhedral Multi-Shell Carbon Nanoparticles / A. I. Shames , I. Felner, V. Yu. Osipov, E. A. Katz, E. Mogilko, J. Grinblat, A. M. Panich, V. P. Belousov, I. M. Belousova, A. N. Ponomarev // Nanoscience and Nanotechnology Lett. 2011. Vol. 3. P. 41–48. doi:10.1166/nnl.2011.1117Shames A. I., Felner I., Osipov V. Yu., Katz E. A., Mogilko E., Grinblat J., Panich A. M., Belousov V. P., Belousova I. M., and Ponomarev A. N. Closed π-Electron Network in Large Polyhedral Multi-Shell Carbon Nano-particles. Nanoscience and Nanotechnology Lett. 2011, vol. 3, pp. 41–48. doi:10.1166/nnl.2011.1117Активированные потоком ионов калия полевые эмиттеры с фуллереновыми покрытиями в сильных электрических полях / Т. А. Тумарева, Г. Г. Соминский, И. А. Светлов, А. Н. Морозов // ЖТФ. 2008. Т. 78, № 11. С. 119–122.Tumareva T. A., Sominskiy G. G., Svetlov I. A., Morozov A. N. Field Emitters Activated by Flow of Potassium Ions with Fullerene Coatings in Strong Electric Fields. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki [Technical Physics].2008, vol. 78, no. 11, pp. 119–122. (In Russian)Тумарева Т. А., Соминский Г. Г. Работа полевых эмиттеров с активированными фуллереновыми покрытиями в техническом вакууме // ЖТФ. 2013. Т. 83, № 7. С. 121–124.Tumareva T. A., Sominskiy G. G. The Work of Field Emitters with Activated Fullerene Coatings in Vacuum. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki [Technical Physics]. 2013, vol. 83, no. 7, pp. 121–124. (In Russian)Полевая эмиссия многоострийных кремниевых структур с защитными покрытиями / Г. Г. Соминский, Е. П. Тарадаев, Т. А. Тумарева, М. Е. Гиваргизов, А. Н. Степанова // ЖТФ. 2016. Т. 86, № 11. С. 108–111. doi: 10.21883/jtf.2016.11.43823.1781Sominskiy G. G., Taradaev E. P., Tumareva T. A., Givargizov M. E., Stepanova A. N. Field Emission of Multi-Tip Silicon Structures with Protective Coatings. Zhurnal tekhnicheskoj fiziki [Technical Physics]. 2016, vol. 86, no. 11, pp. 108–111. doi: 10.21883/jtf.2016.11.43823.1781 (In Russian)Металлопористый катод, модифицированный наноуглеродом / Т. М. Крачковская, Л. А. Мельников, Г. В. Сахаджи, А. Н. Пономарев, А. С. Емельянов// Журн. радиоэлектроники. 2017. № 11. С. 1–11. URL: http://jre.cplire.ru/jre/nov17/16/text.pdf (дата обращения 20.08.2018).Krachkovskaya T. M., Melnikov L. A., Sahadji G. V., Ponomarev A. N., Emelyanov A. S. Metal Porous Cathode Modified by Nanocarbon. Zhurnal Radioelektroniki [Journal of Radio Electronics]. 2017, no. 11. Available at http://jre.cplire.ru/jre/nov17/16/text.pdf (accessed 20.08.2018) (In Russian)Пат. RU 2 478 117 C2 МПК C10C 3/04, C04B 24/16, C04B 24/36, A61K 31/095, A61P 31/12 (2006.01), B82Y 5/00, B82Y 30/00, B82Y 40/00 (2011.01). Сульфоаддукт нанокластеров углерода и способ его получения / А. Н. Пономарев, М. Е. Юдович, А. А. Козеев; опубл. 27.03.2013. Бюл. № 23.Ponomarev A. N., Yudovich M. E., Kozeev A. A. Sulfoaddukt nanoklasterov ugleroda i sposob ego polucheniya [Sulfo-Adduct of Carbon Nanoclusters and Method of Its Production]. Patent RF, no. 2478117, 2013.Пат. RU 2 196 731 C2 МПК C01B 31/02 (2000.01). Полиэдральные многослойные углеродные наноструктуры фуллероидного типа / А. Н. Пономарев, В. А. Никитин; опубл. 20.01.2003. Бюл. № 2.Ponomarev A. N., Nikitin V. A. Poliedral'nye mnogosloinye uglerodnye nanostruktury fulleroidnogo tipa [Polyhedral Multilayer Carbon Nanostructures Fulleroid Type]. Patent RF, no. 2196731, 2003.Пат. RU 1 447 192 C. МПК H01J 9/42 (2000.01). Способ оценки долговечности термокатода/ В. Г. Ворожейкин, В. Н. Дудкин, Ю. И. Набоков, В. В. Свинцов; опубл. 10.06.2000. Бюл. № 16.Vorozheykin V. G., Dudkin V. N., Nabokov U. I., Svintsov V. V. Sposob ocenki dolgovechnosti termokatoda [Method for Estimating Life of Thermal Cathode]. Patent RF, no. 1447192, 1986.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.