탄소 나노튜브(CNTs)는 여러 가지 장점 때문에 전기적인 재료로 사용되고 있다. 특히, 탄소 나노튜브는 높은 전류밀도 및 낮은 전계 임계값을 갖고 전계 방출의 소재로 적합하기 때문에 많은 연구자들이 X-선 발생 및 X-선 이미징에 대한 CNT의 전계 방출을 연구하고 있다. CNT를 전계 방출 소자로 사용하면 낮은 온도에서 동작이 가능하고, 전자 빔의 초점을 보다 쉽게 제어할 수 있어서 ...
탄소 나노튜브(CNTs)는 여러 가지 장점 때문에 전기적인 재료로 사용되고 있다. 특히, 탄소 나노튜브는 높은 전류밀도 및 낮은 전계 임계값을 갖고 전계 방출의 소재로 적합하기 때문에 많은 연구자들이 X-선 발생 및 X-선 이미징에 대한 CNT의 전계 방출을 연구하고 있다. CNT를 전계 방출 소자로 사용하면 낮은 온도에서 동작이 가능하고, 전자 빔의 초점을 보다 쉽게 제어할 수 있어서 X-선 발생 장치의 소형화의 좋은 대안이다. 탄소나노튜브를 제조하는 가장 일반적인 방법은 촉매를 이용한 화학기상 증착 (PECVD) 방법이다. 전계 방출 실험을 위한 CNT 제조는 직류 플라즈마 화학기상증착 (DC-PECVD)와 마이크로 웨이브 플라즈마 화학 기상 증착 (MW-PECVD)을 사용하였다. 또한, 탄소나노튜브의 특성을 분석하기 위해서, 라만 분광법 (Raman spectroscopy), 전계 방출 전자 현미경 (FE-SEM), 투과전자 현미경 (TEM), X-선 광전자 분광법 (XPS)을 사용하였다. 최적의 X-선 발생의 최적화를 위하여 OPERA 3D Simulator를 이용하여 메쉬 게이트의 바이어스 전압, 정전기 초점 렌즈와 양극의 거리 등의 기하학적 매개 변수 및 음극에서 정전기 초점 렌즈와 같은 일부 전기 매개 변수를 조절하여 가장 작은 초점 거리를 계산하였으며, 실험 결과가 이론적 시뮬레이션 결과와 일치함을 알 수 있었다. 각 변수는 양극의 이미징 전자 빔 사이즈에 독립적으로 효과가 있음을 알 수 있었다. 매개 변수의 최적 조건은 가장 작은 초점의 X-선 이미지를 얻는 것이다. 또한 오목한 그리드 전극을 이용하여 X-선 발생 시스템을 구성하여 집속된 초점에 대한 연구를 진행하였다. 오목한 그리드가 필드 에미터에서 전자를 추출 할뿐만 아니라 누설전류를 감소를 감소 시키고 전계 방출이 향상되었다. 전류밀도 또한 평면 그리드를 사용하는 것보다 증가하였다. 오목 그리드 전극의 전자를 모아주는 기능으로 인해 더 나은 공간 분해능을 갖는 X-선 이미지를 얻게 되었다. 그리드의 오목 구조는 CNT를 활용한 초소형 X-선 발생시스템의 개발에 기여할 수 있다. 마지막으로, 탄소나노튜브 실(CNT-yarn)을 에미터에 적용하여 전계 방출 특성을 조사하였다. MW-PECVD에 의해 제조 된 슈퍼 CNT에서 CNT 실을 만들었으며, 이 탄소나노 실 역시 Fowler-Nordheim 전계 방출은 모델을 따른다. 또한, CNT 실은 MWCNT에 비해 다이오드와 삼극관X-선 발생 구조 모두에서 상당히 높은 전계 방출을 나타냈다. CNT 실의 낮은 전압에서 전계 방출은 그 형태와 높은 값의 전계방출 계수의 기여로 인한 효과라 할 수 있다. X-선 이미지를 위해 필터를 사용하였고, 샘플 노출 시간도 다양하게 관찰되었다. MWCNT 실은 X-선 영상에 대한 낮은 전압 전계 방출 응용에 대한 또 다른 가능성을 갖는 물질이라 할 수 있다.
탄소 나노튜브(CNTs)는 여러 가지 장점 때문에 전기적인 재료로 사용되고 있다. 특히, 탄소 나노튜브는 높은 전류밀도 및 낮은 전계 임계값을 갖고 전계 방출의 소재로 적합하기 때문에 많은 연구자들이 X-선 발생 및 X-선 이미징에 대한 CNT의 전계 방출을 연구하고 있다. CNT를 전계 방출 소자로 사용하면 낮은 온도에서 동작이 가능하고, 전자 빔의 초점을 보다 쉽게 제어할 수 있어서 X-선 발생 장치의 소형화의 좋은 대안이다. 탄소나노튜브를 제조하는 가장 일반적인 방법은 촉매를 이용한 화학기상 증착 (PECVD) 방법이다. 전계 방출 실험을 위한 CNT 제조는 직류 플라즈마 화학기상증착 (DC-PECVD)와 마이크로 웨이브 플라즈마 화학 기상 증착 (MW-PECVD)을 사용하였다. 또한, 탄소나노튜브의 특성을 분석하기 위해서, 라만 분광법 (Raman spectroscopy), 전계 방출 전자 현미경 (FE-SEM), 투과전자 현미경 (TEM), X-선 광전자 분광법 (XPS)을 사용하였다. 최적의 X-선 발생의 최적화를 위하여 OPERA 3D Simulator를 이용하여 메쉬 게이트의 바이어스 전압, 정전기 초점 렌즈와 양극의 거리 등의 기하학적 매개 변수 및 음극에서 정전기 초점 렌즈와 같은 일부 전기 매개 변수를 조절하여 가장 작은 초점 거리를 계산하였으며, 실험 결과가 이론적 시뮬레이션 결과와 일치함을 알 수 있었다. 각 변수는 양극의 이미징 전자 빔 사이즈에 독립적으로 효과가 있음을 알 수 있었다. 매개 변수의 최적 조건은 가장 작은 초점의 X-선 이미지를 얻는 것이다. 또한 오목한 그리드 전극을 이용하여 X-선 발생 시스템을 구성하여 집속된 초점에 대한 연구를 진행하였다. 오목한 그리드가 필드 에미터에서 전자를 추출 할뿐만 아니라 누설전류를 감소를 감소 시키고 전계 방출이 향상되었다. 전류밀도 또한 평면 그리드를 사용하는 것보다 증가하였다. 오목 그리드 전극의 전자를 모아주는 기능으로 인해 더 나은 공간 분해능을 갖는 X-선 이미지를 얻게 되었다. 그리드의 오목 구조는 CNT를 활용한 초소형 X-선 발생시스템의 개발에 기여할 수 있다. 마지막으로, 탄소나노튜브 실(CNT-yarn)을 에미터에 적용하여 전계 방출 특성을 조사하였다. MW-PECVD에 의해 제조 된 슈퍼 CNT에서 CNT 실을 만들었으며, 이 탄소나노 실 역시 Fowler-Nordheim 전계 방출은 모델을 따른다. 또한, CNT 실은 MWCNT에 비해 다이오드와 삼극관X-선 발생 구조 모두에서 상당히 높은 전계 방출을 나타냈다. CNT 실의 낮은 전압에서 전계 방출은 그 형태와 높은 값의 전계방출 계수의 기여로 인한 효과라 할 수 있다. X-선 이미지를 위해 필터를 사용하였고, 샘플 노출 시간도 다양하게 관찰되었다. MWCNT 실은 X-선 영상에 대한 낮은 전압 전계 방출 응용에 대한 또 다른 가능성을 갖는 물질이라 할 수 있다.
Carbon nanotubes (CNTs) are promising electronic materials because of its impressive properties. More specifically, MWCNT emerges as an attractive material for field emission applications due to its high current density and low threshold electric field. Theoretical and experimental investigations of...
Carbon nanotubes (CNTs) are promising electronic materials because of its impressive properties. More specifically, MWCNT emerges as an attractive material for field emission applications due to its high current density and low threshold electric field. Theoretical and experimental investigations of the field emission characteristics of MWCNTs, and their contribution to x-ray production and imaging had been conducted. MWCNTs as field emitters are good alternatives in an x-ray generation system since they operate at low temperature, easier focusing control of the electron beam, and have good potential for miniaturization. The most common way to fabricate MWCNTs is by catalytic chemical vapor deposition. MWCNTs, which were fabricated using direct current plasma enhanced chemical vapor deposition (DC PECVD) and microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (MW PECVD), were utilized for field emission analysis. Also, fabrication equipment (DC PECVD, MW PECVD, variable-speed motor-servo motor assembly), apparatus (DC bias field emission machine) and tools to characterize the MWCNTs (Raman spectroscopy, field emission scanning electron microscope (FE SEM), transmission electron microscope (TEM), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS)) were used in the conduct of the study. It was demonstrated that a small focal spot size was achieved by manipulating some electrical parameters, such as applied bias voltage at the mesh gate, and electrostatic focal lenses, geometrical parameters, such as axial distances of the anode, and the electrostatic focal lens from the cathode assembly, and the dimension of the opening of the electrostatic lens. Electrical-optics software was used to systematically investigate the behavior of the electron beam trajectory when the aforementioned variables were manipulated. The results of the experiment agree with the theoretical simulation results. Each variable has an individual effect on the electron beam focal spot size impinging on the target anode. An optimum condition of the parameters was obtained producing good quality of x-ray images. It was also reported that a successful focusing capability of electron beam was achieved when a concave grid electrode was introduced in the x-ray generation system. The concave grid not only extracts the electrons from the field emitter but also demonstrated an increase in the effective number of grid cells that contribute in the extraction of electrons. Field emission was improved when the concave grid mesh was used. The emission current transmission has also increased when the concave grid electrode was used compared to an x-ray generation system that uses a flat grid model. Due to the focusing capabilities of the concave grid electrode, better spatially resolved x-ray images were produced. It was shown that the concave model of the grid may be a significant contribution in the development of a miniaturized x-ray generation system utilizing MWCNTs as field emitters. Finally, MWCNT yarn was investigated for field emission characteristics and its contribution in the x-ray generation. The dry spinning method was used to fabricate MWCNT yarn from super MWCNTs, which was fabricated by MW-PECVD. The field emission behavior of the MWCNT yarn follows the Fowler-Nordheim model. Also, the MWCNT yarn has a significant field emission capability in both diode and the triode x-ray generation structure compared to a MWCNT. The low-voltage-field emission of the MWCNT yarn can be attributed to the field enhancing effect of the yarn due to its shape and the contribution of the high-aspect-ratio nanotubes that protrude from the sides of the yarn. Observations of the use of filters on the development of x-ray images were also demonstrated. The amount of exposure time of the samples to the x-ray was also manipulated. The MWCNT yarn can be a good candidate for use in the low voltage field emission application of x-ray imaging.
Carbon nanotubes (CNTs) are promising electronic materials because of its impressive properties. More specifically, MWCNT emerges as an attractive material for field emission applications due to its high current density and low threshold electric field. Theoretical and experimental investigations of the field emission characteristics of MWCNTs, and their contribution to x-ray production and imaging had been conducted. MWCNTs as field emitters are good alternatives in an x-ray generation system since they operate at low temperature, easier focusing control of the electron beam, and have good potential for miniaturization. The most common way to fabricate MWCNTs is by catalytic chemical vapor deposition. MWCNTs, which were fabricated using direct current plasma enhanced chemical vapor deposition (DC PECVD) and microwave plasma enhanced chemical vapor deposition (MW PECVD), were utilized for field emission analysis. Also, fabrication equipment (DC PECVD, MW PECVD, variable-speed motor-servo motor assembly), apparatus (DC bias field emission machine) and tools to characterize the MWCNTs (Raman spectroscopy, field emission scanning electron microscope (FE SEM), transmission electron microscope (TEM), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS)) were used in the conduct of the study. It was demonstrated that a small focal spot size was achieved by manipulating some electrical parameters, such as applied bias voltage at the mesh gate, and electrostatic focal lenses, geometrical parameters, such as axial distances of the anode, and the electrostatic focal lens from the cathode assembly, and the dimension of the opening of the electrostatic lens. Electrical-optics software was used to systematically investigate the behavior of the electron beam trajectory when the aforementioned variables were manipulated. The results of the experiment agree with the theoretical simulation results. Each variable has an individual effect on the electron beam focal spot size impinging on the target anode. An optimum condition of the parameters was obtained producing good quality of x-ray images. It was also reported that a successful focusing capability of electron beam was achieved when a concave grid electrode was introduced in the x-ray generation system. The concave grid not only extracts the electrons from the field emitter but also demonstrated an increase in the effective number of grid cells that contribute in the extraction of electrons. Field emission was improved when the concave grid mesh was used. The emission current transmission has also increased when the concave grid electrode was used compared to an x-ray generation system that uses a flat grid model. Due to the focusing capabilities of the concave grid electrode, better spatially resolved x-ray images were produced. It was shown that the concave model of the grid may be a significant contribution in the development of a miniaturized x-ray generation system utilizing MWCNTs as field emitters. Finally, MWCNT yarn was investigated for field emission characteristics and its contribution in the x-ray generation. The dry spinning method was used to fabricate MWCNT yarn from super MWCNTs, which was fabricated by MW-PECVD. The field emission behavior of the MWCNT yarn follows the Fowler-Nordheim model. Also, the MWCNT yarn has a significant field emission capability in both diode and the triode x-ray generation structure compared to a MWCNT. The low-voltage-field emission of the MWCNT yarn can be attributed to the field enhancing effect of the yarn due to its shape and the contribution of the high-aspect-ratio nanotubes that protrude from the sides of the yarn. Observations of the use of filters on the development of x-ray images were also demonstrated. The amount of exposure time of the samples to the x-ray was also manipulated. The MWCNT yarn can be a good candidate for use in the low voltage field emission application of x-ray imaging.
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