Автоэмиссионные характеристики и структура углеродсодержащих катодных материалов

Проведено сопоставление автоэмиссионных и структурных характеристик поверхностей ряда углеродсодержащих материалов, в том числе и наноструктурированных, перспективных для использования при создании автокатодов со стабильными эмиссионными характеристиками. Исследовались волокна из углеродных нанотрубок (УНТ-волокно), полиакрилонитрильные волокна, образцы пиролитического графита и мелкозернистого плотного графита (МПГ-6). Структура поверхности образцов изучалась до и после их работы в качестве автокатода с помощью оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии и спектроскопии комбинационного рассеяния. Результаты сопоставлялись с вольтамперными характеристиками соответствующих катодов. Оптическая и электронная микроскопия показала наличие крупномасштабных структурных перестроек катода и поверхности его материалов в процессе автоэмиссии, а анализ спектров комбинационного рассеяния (СКР) — мелкомасштабных. В спектральном диапазоне 1000–2000 см$^{-1}$ в СКР кроме стандартно наблюдаемых характерных для углеродсодержащих материалов линий с максимумами частот в диапазонах 1363–1374 см$^{-1}$ (линия D), 1581–1599 см$^{-1}$ (линия G), 1619–1626 см$^{-1}$ (линия D’) обнаружена линия в интервале 1450–1480 см$^{-1}$ для пиролитического графита и УНТ-волокна до и после эксплуатации, а для МПГ-6 — после эксплуатации этих материалов в качестве автокатодов. Обсуждены изменения в СКР относительной интегральной интенсивности линии D, которая увеличивается для пиролитического графита и УНТ-волокна и уменьшается для МПГ-6 в процессе их эксплуатации как автокатодов. Величина относительной интегральной интенсивности линии D использована для оценок размеров кристаллитов и их изменений в ходе автоэмиссии, что обосновывает возможность применения СКР для контроля структуры поверхности углеродсодержащих материалов и анализа связи структуры поверхности и ее эмиссионных характеристик. Обсуждены перспективы улучшения автоэмиссионных характеристик углеродсодержащих катодов.