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原文传递超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法

专利名称：	超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法
摘要：	本发明涉及超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法，包括电子收集装置、测试样品、样品台、测试光路及光谱仪、计算机、电流/电压测试装置、比色测温装置，电子收集装置位于测试样品正上方，测试样品置于样品台之上，比色测温装置用于实时监测测试样品表面温度，并将数据传递至计算机记录，电流电压测试装置一端通过导线与电子收集装置与测试样品连接，实时测试电流/电压，并通过导线将数据传递至计算机存储，材料表面临近区域光辐射经测试光路传入光谱仪，光谱仪输出端与CCD相机相连，并通过数据线和计算机相连进行数据的传输和控制，本发明具有操作便捷,适用于不同环境下，特别是超常环境下材料热电子发射的测试表征的优点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	黑龙江;23
申请人：	哈尔滨工业大学
发明人：	金华;梁伟;孟松鹤;许承海;易法军
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-22T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-18T00:00:00+0800
申请号：	CN201910321781.7
公开号：	CN110346393A
代理机构：	北京格允知识产权代理有限公司
代理人：	张沫
分类号：	G01N23/225(2018.01);G;G01;G01N;G01N23
申请人地址：	150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号
主权项：	1.超常环境热电子发射多场原位装置，其特征在于，包括电子收集装置(1)、测试样品(2)、样品台(3)、测试光路及光谱仪(4)、计算机(5)、电流/电压测试装置(6)、比色测温装置(7)，电子收集装置(1)位于测试样品(2)正上方，测试样品(2)置于样品台(3)之上，比色测温装置(6)用于实时监测测试样品(2)表面温度，并将数据传递至计算机(5)记录，电流电压测试装置(6)一端通过导线与电子收集装置与测试样品(2)连接，实时测试电流/电压，并通过导线将数据传递至计算机(5)存储，材料表面临近区域光辐射经测试光路传入光谱仪，光谱仪输出端与CCD相机相连，并通过数据线和计算机(5)相连进行数据的传输和控制。 2.超常环境热电子发射多场原位在线测试方法，其特征在于， 1)将测试样品放置于样品台(3)之上，根据实验要求准备测试环境； 2)调节电子收集装置(1)与测试样品(2)表面位置达到实验预定位置； 3)通过高功率激光加热装置对测试样品(2)进行加热； 4)利用双比色测温装置(7)实时测试测试样品(2)表面温度，并微调激光加热功率； 5)通过高精度万用表实时循环测量收集电子收集装置(2)与发射表面间电流和电压； 6)通过测试光路及光谱仪(4)测量等离子环境下发射表面邻近区域电子温度和电子数密度； 7)将检测数据代入公式计算获得材料表面热电子发射密度和材料等效功函数。 3.根据权利要求2所述的超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法，其特征在于，所述测试环境包括真空环境、大气环境和等离子环境；其中，真空环境通过真空系统和压力检测装置实时控制环境真空度；大气环境则为常规环境；等离子环境通过控制放电气体流量和ICP放电功率控制放电强度。 4.根据权利要求3所述的超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法，其特征在于，等离子体环境下，通过测试测试样品中心轴线上的光辐射强度，进而获得表面附近等离子体数密度和电子温度。 5.根据权利要求2所述的超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法，其特征在于，装置的主要技术特征为：等离子放电功率0～3500W连续可调；环境压力10～1000Pa连续可调；放电气体进气量50ml/min连续可调；高功率半导体激光加热功率0～1500W连续可调；电流/电压测试分辨率100pA/100nV。 6.根据权利要求3所述的超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法，其特征在于，所述公式包括热电子发射电流密度的表达式：其中，Icollect为持续收集电流强度，Sw为发射表面面积；材料有效逸出功函数表达式：其中，k为玻尔兹曼常数，Tw为材料表面温度响应，J为热电子发射电流密度，A＝1.2×106A/m2。 7.根据权利要求6所述的超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法，其特征在于，在真空环境下，持续收集电流强度的表达式为：其中，e为元电荷数，ne为电子数量，为发射表面电势，为负电层电势，为发射电子的平均速率，me为电子质量,Sw为发射表面面积；在大气环境下，持续收集电流强度的表达式为：其中，e为元电荷数，ne为电子数量，qe为电子电荷量，为电子的平均自由程，me为电子质量，为发射表面电势，为负电层电势，L为测试样品(2)表面与电子收集装置(1)之间的距离；在等离子体环境下，持续收集电流强度的表达式为：其中，e为元电荷数，nnet为通过负电层的净电子数密度，为发射电子的平均速率,为鞘层边界处的电子数密度,qe为电子电荷量，为电子的平均自由程，me为电子质量，为发射表面电势，为负电层电势，L为测试样品(2)表面与电子收集装置(1)之间的距离，l1为负电层与材料表面之间距离。 8.根据权利要求7所述的超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法，其特征在于，在真空环境下，热电子发射电流密度的表达式为：在大气环境下，热电子发射电流密度的表达式为：在等离子体环境下，热电子发射电流密度的表达式为：则在真空环境下，材料有效逸出功函数表达式为：在大气环境下，材料有效逸出功函数表达式为：在等离子体环境下，材料有效逸出功函数表达式为： 9.根据权利要求2所述的超长环境热电子发射多场原位在线测试装置及其测试方法，其特征在于，气体放电、激光加热、冷却、真空、供气子系统采用计算机集中控制，温度、电信号及光谱信息数据由专用计算机控制及储存。
所属类别：	发明专利