靜態(tài)雙能CT用碳納米管-石墨烯復(fù)合結(jié)構(gòu)冷陰極X光管的研制.pdf

1、X射線成像廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)檢測(cè)和工業(yè)無(wú)損檢測(cè)中。作為X射線成像系統(tǒng)中的核心部件-X射線管，多年來(lái)由于受到熱電子發(fā)射陰極缺點(diǎn)的限制，如：熱電子發(fā)射陰極體積大、產(chǎn)生焦耳熱高、電流密度小等弊端。已經(jīng)阻礙了X射線成像的進(jìn)一步發(fā)展，特別地，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域雙能CT成像中，往往要求X射線管的焦斑尺寸小、電流密度大、瞬態(tài)大功率、高速脈沖拍照、有效輻射劑量較低等。碳納米管場(chǎng)致發(fā)射X射線管因具有啟動(dòng)速度快、工作溫度低、容易實(shí)現(xiàn)高分辨率成像、具備高速拍照功能、劑量

2、低等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種非常好的解決方案。然而，在將碳納米管應(yīng)用在場(chǎng)發(fā)射領(lǐng)域中時(shí)，碳納米管本身的較強(qiáng)的電場(chǎng)屏蔽效應(yīng)以及碳納米管與生長(zhǎng)基底間很難以化學(xué)價(jià)鍵的形式結(jié)合在一起，因此導(dǎo)致了比較差的電接觸性能，接觸電阻較高，所以焦耳熱很大，當(dāng)發(fā)射電流較高時(shí)，很容易導(dǎo)致打火現(xiàn)象。
　　本論文為了提高碳納米管場(chǎng)致發(fā)射陰極的可靠性，通過(guò)將石墨烯與碳納米管制備成復(fù)合結(jié)構(gòu)場(chǎng)致發(fā)射陰極，以解決碳納米管與基底的電接觸和散熱問(wèn)題，大大提高了發(fā)射的穩(wěn)定性，并可

3、獲得很高的場(chǎng)致發(fā)射電流密度。根據(jù)該場(chǎng)致發(fā)射陰極的特性，優(yōu)化設(shè)計(jì)出了能夠同時(shí)滿足80 kV和120 kV兩種陽(yáng)極高壓下具有相近聚焦特性的 X射線管，以滿足雙能 CT的要求。并成功實(shí)現(xiàn)了 DR(Digital Radiography）成像和CT（Computed Tomography）成像，獲得了很高的分辨率。
　　本論文主要研究的內(nèi)容有以下三方面：
　　1、復(fù)合結(jié)構(gòu)冷陰極陣列的制備。包括用微波等離子體化學(xué)氣相沉積法（MW-PC

4、VD）制備碳納米管陣列，采用兩種方案實(shí)現(xiàn)碳納米管與石墨烯復(fù)合：1、分別在Si基底上鍍催化劑金屬鎳、銅和用微波等離子體CVD法制備石墨烯，然后在其上再用CVD法生長(zhǎng)碳納米管陣列；2、先將生長(zhǎng)好的石墨烯轉(zhuǎn)移至Si基底上，然后在其上用微波等離子體CVD法生長(zhǎng)碳納米管陣列。測(cè)試結(jié)果表明，成功制備的石墨烯與碳納米管復(fù)合結(jié)構(gòu)場(chǎng)致發(fā)射陰極的最大場(chǎng)發(fā)射電流達(dá)到300 mA，場(chǎng)發(fā)射電流密度達(dá)到3.75 A/cm2，并具有很好的穩(wěn)定性。
　　2、X射

5、線管的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化。采用電子束仿真軟件來(lái)模擬仿真X射線管各部件的參數(shù)的改變對(duì)陽(yáng)極焦斑尺寸的影響，實(shí)現(xiàn)在不同陽(yáng)極電壓下具有相似的聚焦特性，滿足雙能CT系統(tǒng)的要求。
　　3、X射線管的制備及測(cè)試。根據(jù)仿真設(shè)計(jì)要求，加工出相應(yīng)的電子槍零件，采用釬焊工藝實(shí)現(xiàn)柵極支架和柵網(wǎng)的焊接，采用超高真空封裝工藝制備碳納米管X射線管并進(jìn)行電流發(fā)射特性和成像測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明，最大陽(yáng)極電流達(dá)到了110mA，實(shí)現(xiàn)了高分辨率的DR成像和CT成像，成像分辨率