Одна из разновидностей наноуглеродных структур – графитные чешуйки – тонкие слои графита, толщиной в несколько нанометров, ориентированные перпендикулярно подложке. На рисунке 1 приведено электронномикроскопическое изображение поверхности такой плёнки, состоящей из нанографитных чешуек.
Для образцов нанографитных плёнок, полученных методом плазмохимического осаждения, характерна низковольтовая автоэлектронной эмиссия, что делает их крайне перспективными для создания электровакуумных приборов – холодных катодов. Технологический процесс производства таких приборов требует термической обработки при температурах порядка 400-4500С. Нагрев необходим для эффективной откачки остаточных газов и создания высокого вакуума в рабочей области катода. Однако воздействие температур на автоэмиссионные характеристики нанографитных плёнок оставалось неясным.
Нами было исследовано влияние нагрева нанографитных плёнок на автоэлектронную эмиссию. Нагрев проводился на воздухе в диапазоне температур от 300 до 8000С. В результате было установлено, что эмиссионные свойства плёнок не претерпевают значительных изменений при воздействии вплоть до 6000С. При нагреве на 6200С, плёнка отслаивается от подложки, что делает измерения эмиссионного тока невозможным. Причиной отслоения является двухфазовый состав плёнки: кристаллические чешуйки и аморфный углерод, пролегающий между кристаллитами графита и подложкой. Так как кристаллическая фаза является более устойчивой по сравнению с аморфной, то кристаллические чешуйки остаются без значительных изменений, в то время как аморфный углерод сгорает.
Это подтверждается и термогравиметрическими исследованиями. Зависимость массы образца от температуры нагрева даёт информацию о количестве фаз в составе плёнки (количество ступеней на термограмме) и о температурах фазовых переходов. На рисунке 2 изображена термограмма нанографитной плёнки, где видны две ступени и соответствующие им температуры переходов: 620 и 7000С для аморфной и кристаллической фазы соответственно.
Таким образом, автоэмиссионные свойства нанографитных плёнок не претерпевают значительных изменений при нагреве до температур 6000С, что говорит об их применимости для создания холодных катодов в промышленных масштабах.
