В электровакуумных приборах источник электронов — это чаще всего горячий термоэлектронный катод, который при этом испаряется и излучает тепло.

Графен для конденсаторов

От конденсатора нам нужны прежде всего три параметра — ёмкость при определённом весе и объёме, предельное рабочее напряжение и сопротивление. Ёмкость зависит от площади поверхности, но если мы делаем материал пористым и с развитой поверхностью, возрастает его сопротивление. Поэтому внимание исследователей обращается к графену. Он проводник, и он — сверхтонкие пластиночки. Графен и вообще материал, содержащий графен, можно получить множеством способов и совершенно не обязательно повторять технологию, по которой он был осмысленно получен впервые. Один из вариантов, уже опробованный и оказавшийся неплохим, — лазерное облучение полиимидной плёнки. Вариант сравнительно простой, не требующий специальной газовой среды или вакуума (облучение производится на воздухе). У этой относительно несложной технологии есть несколько управляемых параметров, в частности, можно использовать лазеры разного типа и выбирать режим облучения — непрерывный или импульсный, варьировать плотность мощности и скорость движения пятна. Принципиальная эффективность этой технологии установлена, но систематически её не изучали.

В Удмуртском федеральном исследовательском центре УрО РАН (г. Ижевск) использовали полиимидную плёнку толщиной 0,2 мм и непрерывный СО₂-лазер с диаметром пятна 0,12 мм. Варьируемые величины — мощность лазера и скорость движения пятна. Оказалось, что удельная ёмкость получаемой структуры увеличивается от 2,6 до 27 мкФ/см², то есть почти на порядок, при уменьшении скорости сканирования от 30 до 1 см/с. Для каждой скорости сканирования есть оптимальная мощность, которая изменялась, соответственно, от 3,7 до 0,5 Вт, а плотность энергии составляла от 40 до 200 Дж/см².

Михеев К. Г. и др. Многократное изменение электроёмкости лазерно-индуцированного графена при варьировании режимов синтеза. Письма в ЖТФ, 2024, вып. 20, с. 3.

Нанопроволоки поверх экрана

Вся электроника излучает и этим может мешать работе соседней электроники. Или злоумышленник может перехватить излучение и сунуть нос куда не надо. Поэтому защитные экраны и поглощающие электромагнитные волны покрытия — постоянная забота инженеров. Особая ситуация возникает, если покрытие должно какое-то излучение пропустить, а всё остальное поглотить или отразить. Вот, например, покрытие экрана монитора, на который значительная часть человечества смотрит каждый рабочий день, а многие — ещё и каждую нерабочую ночь. Это покрытие должно пропускать электромагнитное излучение оптического диапазона (длина волны 0,4—0,8 мкм) и не пропускать всё остальное. Кстати, похожая ситуация у СВЧ-печей, у микроволновок, но мы не сидим перед ними круглые сутки, да и требования к качеству «изображения» слабее. Для того чтобы пропустить свет и не пропустить всё остальное, есть два традиционных решения — сетка из проволочек или проводящих дорожек шириной 0,025—0,05 мм с шагом 0,5—1 мм и покрытие поверхности полупроводящими оксидами индия и олова.

Исследователи из МВТУ им. Н. Э. Баумана (Москва), Красноярского научного центра СО РАН, Сибирского федерального университета и Института физики им. Л. В. Киренского СО РАН (г. Красноярск) использовали для этой цели нанопроволоки из серебра диаметром около 43 нм и длиной десятки микрон. Авторы подробно описали технологию их получения, а также изготовление плёнок из этих проволок посредством внедрения их в полипропиленовые подложки. Исследованы свойства этих плёнок и показано, что варьируя их толщину, то есть концентрацию нанопроволок, можно найти вариант с разумной прозрачностью в оптическом диапазоне (70—80% на длине волны 0,55 мкм, 40—60% на «синем» краю 0,4 мкм) и подавлением электромагнитного излучения в диапазоне 18—40 ГГц, достаточным для практических применений.

Воронин А. С. и др. Оптические, электрические и радиоэкранирующие свойства тонких плёнок на основе серебряных нанопроволок. ЖТФ, 2025, вып. 1, с. 98.

Барий на сетке

В электровакуумных приборах источник электронов — это чаще всего горячий термоэлектронный катод, который при этом испаряется и излучает тепло. Управляет потоком электронов расположенная близко к нему сетка, попутно она нагревается излучением катода и на неё попадает то, что испаряется с катода. Как влияет осаждённый материал на сетку? Работа выхода сетки может уменьшиться, в результате она сама превратится в источник термоэлектронной эмиссии и прибор перестанет правильно работать. Поэтому существуют так называемые антиэмиссионные покрытия для сеток, которые должны либо растворять в себе то, что испаряется с катода, либо не давать ему на себе сорбироваться. То есть в итоге — не допускать уменьшения работы выхода сетки и возникновения эмиссии с неё.

Зависимость работы выхода от количества слоёв бария. Рисунок из реферируемой статьи (с изменениями).

Исследователи из СГУ им. Н. Г. Чернышевского (г. Саратов), Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова и НПО «Алмаз» (г. Саратов) изучили с помощью рентгенофазного анализа исходные сетки и моделировали методом молекулярной динамики ситуацию напыления бария на гафний при 800—1300°С. Моделировалась сорбция, диффузия и десорбция. Гафний — практически применяемый антиэмиссионный материал, барий — основной продукт испарения распространённого вольфрам-бариевого катода. Установлено, что первые адсорбирующиеся слои атомов бария внедряются в гафний и повышают работу выхода электронов. Далее атомы бария накапливаются на поверхности, образуя кристаллическую плёнку. При этом работа выхода снижается и, начиная с двадцатого слоя, стабилизируется на значении работы выхода бария (зависимость показана на рисунке).

Глухова О. Е. и др. Влияние адсорбции бария на работу выхода гафниевых сеток катодно-сеточного узла. ЖТФ, 2024, вып. 10, с. 1747.

№5, 2025