冷阴极尖锥及其制备方法、冷阴极尖锥阵列及其制备方法技术

本发明专利技术涉及冷阴极尖锥技术领域，具体涉及一种冷阴极尖锥及其制备方法、冷阴极尖锥阵列及其制备方法。冷阴极尖锥的制备方法，包括以下步骤：利用电镜发出的束流轰击工件表面，在所述工件的表面沿着深度方向加工出环形凹槽，所述环形凹槽的内部形成柱体；在所述柱体的顶端至底端方向上，利用电镜发出的束流对所述柱体进行逐层加工，且电镜发出束流的能量强度先增加后降低，得到冷阴极尖锥。本发明专利技术采用双束电镜制备冷阴极尖锥，可实现原位的加工和检测的一体化，成品率高。成品率高。成品率高。

【技术实现步骤摘要】
冷阴极尖锥及其制备方法、冷阴极尖锥阵列及其制备方法


[0001]本专利技术涉及冷阴极尖锥
，具体而言，涉及一种冷阴极尖锥及其制备方法、冷阴极尖锥阵列及其制备方法。

技术介绍

[0002]冷阴极尖锥实验需实现模拟样品界面爆轰当量，圆锥曲面截面在顶部自由曲面挤压过程中形变与冲击载荷真实状态接近，要想在单位面积内获得最大的压强和最稳定受力状态，使得圆锥柱面实验调制样品的宏观尺度越来越小，从最初的120μm ，缩小到当前内柱面直径≤20μm，以在外柱面容纳更多当量的冲击载荷；常用纳米压针实验样品的构型也从平面变为外曲表面调制结构，且调制结构日趋复杂；调制结构分为长波与短波结构，长短波调制结构分别用于研究极端环境作用下的压力与尖锥变形情况与外柱面冲击载荷导致的形变现象；典型长波结构波长1mm，振幅0.1mm，典型短波结构波长50μm，振幅3μm，需实现加工表面粗糙度≤10nm，轮廓度≤1μm，且缺陷受控。当前常用超精密车削技术难以满足新的复杂曲面外表面调制结构的加工需求。
[0003]在应力控制调控方面，传统加工手段难以解决小空间内复杂结构因切削应力导致的变形甚至断裂问题，而且在超精密插削方面，难以保证小空间复杂曲面表面的粗糙度和光洁度。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的一个目的在于提供一种冷阴极尖锥的制备方法，以解决上述技术问题。
[0006]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的冷阴极尖锥的制备方法制备得到的冷阴极尖锥。
>[0007]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的冷阴极尖锥阵列的制备方法。
[0008]本专利技术的另一个目的在于提供一种所述的冷阴极尖锥阵列的制备方法制备得到的冷阴极尖锥阵列。
[0009]为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：冷阴极尖锥的制备方法，包括以下步骤：利用电镜发出的束流轰击工件表面，在所述工件的表面沿着深度方向加工出环形凹槽，所述环形凹槽的内部形成柱体；在所述柱体的顶端至底端方向上，利用电镜发出的束流对所述柱体进行逐层加工，且电镜发出束流的能量强度先增加后降低，得到冷阴极尖锥。
[0010]在一种实施方式中，所述利用电镜发出的束流轰击工件表面之前，还包括：对所述工件进行热辊压处理；所述热辊压处理，具体包括：将原工件进行热处理，再进行辊压处理。
[0011]在一种实施方式中，所述热处理的温度为200~400℃，所述热处理的时间为1~4h。
[0012]在一种实施方式中，所述辊压处理的压力为18~22MPa，所述辊压处理的时间为25~35min。
[0013]在一种实施方式中，所述热辊压处理在惰性气氛中进行。
[0014]在一种实施方式中，对所述热辊压处理后得到的热辊压工件进行自然冷却，再采用所述电镜对自然冷却后的所述工件进行加工。
[0015]在一种实施方式中，所述工件为多晶材料。
[0016]在一种实施方式中，所述环形凹槽的外圆直径为5~12μm，所述环形凹槽的内圆直径为1~3μm。
[0017]在一种实施方式中，所述工件位于所述电镜的载物台上；在所述工件表面加工所述环形凹槽时，所述电镜的束流发射点位于所述工件的上方；所述电镜发出的束流垂直于所述工件的表面，通过移动所述载物台，使所述束流发射点与所述工件产生相对运动，以形成所述环形凹槽。
[0018]在一种实施方式中，在对所述柱体进行加工时，所述电镜的束流发射点位于所述柱体顶端的正上方；所述束流发射点与所述工件相对静止，通过改变所述束流发射点的发射方向对所述柱体进行加工。
[0019]在一种实施方式中，在所述逐层加工的过程中，电镜的束流轰击点在所述工件的表面呈蛇形走位。
[0020]在一种实施方式中，在所述逐层加工的过程中，每一层的加工深度为8~12个原子层。
[0021]在一种实施方式中，在所述逐层加工的过程中，每层加工完成后停顿0.3~1.8μs，通过抽真空去除加工后产生的碎屑。
[0022]在一种实施方式中，对所述柱体从顶端至底端的加工过程中，当加工深度为总深度的三分之二至四分之三时，束流能量达到最大值。
[0023]在一种实施方式中，对柱体从顶端至底端的加工过程中，初始端和终端的束流能量均为（4~4.5）
×
10
‑7pC/μm2；束流能量达到最大值的范围为（8.5~8.8）
×
10
‑7pC/μm2。
[0024]如上所述的冷阴极尖锥的制备方法制备得到的冷阴极尖锥。
[0025]在一种实施方式中，所述冷阴极尖锥的高度为8~15μm，锥度为5
°
~20
°
，所述冷阴极尖锥的尖端直径为20~100nm。
[0026]冷阴极尖锥阵列的制备方法，包括以下步骤：（a）按照如上所述的冷阴极尖锥的制备方法制备冷阴极尖锥；（b）重复步骤（a）的操作，在所述工件的其他位置加工出尖锥，以形成冷阴极尖锥阵列。
[0027]如上所述的冷阴极尖锥阵列的制备方法制备得到的冷阴极尖锥阵列。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术采用电镜制备冷阴极尖锥，可实现原位的加工和检测的一体化；可以实现弱刚性、高强度、高硬度材料的复杂微纳结构的加工；该方法得到的冷阴极尖锥的成品率高达100%。
[0029]（2）本专利技术采用电镜在工件的不同位置加工出尖锥，以形成冷阴极尖锥阵列；该方法易操作，得到的尖锥阵列具有更高的尖端加工精度。
[0030]附图说明
为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0031]图1为本专利技术热辊压工件制备冷阴极尖锥阵列的位置示意图；图2为本专利技术为双束电镜的束流轰击点在圆柱体上呈蛇形走位的示意图；图3为本专利技术实施例1中冷阴极尖锥阵列的局部俯视扫描电镜图；图4为本专利技术实施例1中冷阴极尖锥阵列的局部侧视扫描电镜图；图5为本专利技术实施例1中单个冷阴极尖锥的俯视扫描电镜图；图6为本专利技术实施例1中单个冷阴极尖锥的侧视扫描电镜图；图7为本专利技术实施例2中单个冷阴极尖锥的侧视扫描电镜图；图8为本专利技术实施例3中单个冷阴极尖锥的侧视扫描电镜图；图9为本专利技术实施例1中的束流能量强度随加工深度的变化曲线图；图10为本专利技术对比例1中的束流能量强度随加工深度的变化曲线图。
[0032]附图标记：1
‑
载物台、2
‑
热辊压工件、3
‑
环形凹槽、4
‑
柱体、5
‑
冷阴极尖锥、6
‑
束流发射点。
具体实施方式
[0033]下面将结合实施例对本专利技术的实施方案进行详细描述，但是本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.冷阴极尖锥的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用电镜发出的束流轰击工件表面，在所述工件的表面沿着深度方向加工出环形凹槽，所述环形凹槽的内部形成柱体；在所述柱体的顶端至底端方向上，利用电镜发出的束流对所述柱体进行逐层加工，且电镜发出束流的能量强度先增加后降低，得到冷阴极尖锥。2.根据权利要求1所述的冷阴极尖锥的制备方法，其特征在于，在所述利用电镜发出的束流轰击工件表面之前，还包括：对所述工件进行热辊压处理；所述热辊压处理，具体包括：将原工件进行热处理，再进行辊压处理。3.根据权利要求2所述的冷阴极尖锥的制备方法，其特征在于，包含以下特征（1）至（5）中的至少一种：（1）所述热处理的温度为200~400℃，所述热处理的时间为1~4h；（2）所述辊压处理的压力为18~22MPa，所述辊压处理的时间为25~35min；（3）所述热辊压处理在惰性气氛中进行；（4）对所述热辊压处理后得到的工件进行自然冷却，再采用所述电镜对自然冷却后的所述工件进行加工；（5）所述工件为多晶材料。4.根据权利要求1所述的冷阴极尖锥的制备方法，其特征在于，所述环形凹槽的外圆直径为5~12μm，所述环形凹槽的内圆直径为1~3μm。5.根据权利要求1所述的冷阴极尖锥的制备方法，其特征在于，包含以下特征（1）至（2）中的至少一种：（1）所述工件位于所述电镜的载物台上；在所述工件表面加工所述环形凹槽时，所述电镜的束流发射点位于所述工件的上方；所述电镜发出的束流垂直于所述工件的表面，通过移动所述载物台，使所述束流发射点与所述工件产生相对运动，以形成所述环形凹槽；（2）在对所述柱体进行加工时，所述电镜的束流发射点位于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，陈永江，王倚妮，林科杰，罗相萍，井伟，郑红举，华剑锋，戴锋，李立国，
申请(专利权)人：四川新能源汽车创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：