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Pr1-xCexB6 阴极材料的原位反应合成及性能研究

李晓娜 张忻 张久兴 包黎红 张宁 张繁星

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Pr1-xCexB6 阴极材料的原位反应合成及性能研究

李晓娜, 张忻, 张久兴, 包黎红, 张宁, 张繁星

Synthesis and properties of multiple boride Pr1-xCexB6 cathodes by reactive spark plasma sintering

Li Xiao-Na, Zhang Xin, Zhang Jiu-Xing, Bao Li-Hong, Zhang Ning, Zhang Fan-Xing
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  • 本文以CeH2, PrH2纳米粉和B粉为原料, 在无氧环境下采用放电等离子原位反应成功制备了单相多元稀土六硼化物Pr1-xCexB6 (x=0.2—0.8)阴极材料.系统研究了掺杂元素Ce对Pr1-xCexB6的物相组成、力学性能及热电子发射性能的影响.结果表明, 当烧结温度为1450 ℃, 烧结压强为50 MPa时可制得单相的Pr1-xCexB6多晶块体材料并且该系列样品具有良好的力学性能, 维氏硬度和抗弯强度最高值分别达到了24.34 GPa和226.02 MPa, 已达到单晶水平.热电子发射性能结果表明, 随着Ce掺杂量的增加Pr1-xCexB6的发射电流密度线性增加.当阴极温度为1973 K, 外加电压为950 V时, Pr0.4Ce0.6B6最大发射电流密度达到47.3 A·cm-2, 该值远高于传统热压烧结法制备的发射电流密度. 因此, 本文该方法制备的Pr1-xCexB6 多晶块体具有良好的力学性能和发射性能, 作为热阴极材料将会有很好的应用前景.
    The polycrystalline Pr1-xCexB6 (x = 0.2, 0.4, 0.6, 0.8) hexaborides are prepared by the reactive spark plasma sintering (SPS) method using mixed powder of CeH2, PrH2 and B. The effects of Ce doping on the phase composition, the mechanical properties and the thermionic emission properties of the hexaboride are investigated. The single-phased hexaborides CexPr1-xB6 bulks are sintered at a temperature of 1450℃, pressure of 50MPa and holding time of 5 min, and the sintered samples show high value of Vickers hardness (24.34 GPa) and bend strength (226.02 MPa). The thermionic emission results show that with the increase of Ce content, the thermionic emission current density increases linearly and the maximum value of Pr0.4Ce0.6B6 reaches 47.3 A·cm-2 under an applied voltage of 950 V at 1973 K, which is much higher than that obtained by traditional method. Thus, the SPS technique represents a suitable method to synthesize the dense rare-earth hexaborides with excellent properties.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 50871002), 北京市自然科学基金(批准号: 2112007)和北京市属高校人才强教青年骨干人才培养项目(批准号: PHR20110812)资助的课题.
    • Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50871002), the Beijing Municipal Natural Science Foundation (Grant No. 2112007), and the Funding Project for Academic Human Resource Development in Institutions of Higher Learning Under the Jurisdiction of Beijing Municipality (Grant No. PHR20110812).
    [1]

    Chen C H, Aizawa T, Iyi N, Sato A, Otain S 2004 J. Alloys and Compds. 366 L6

    [2]

    Hossain F M, Riley D P, Murch G E 2005 Phys. Revi. B 72 235101

    [3]

    Takeda M, Fukuda T, Kurita Y 2003 Proceedings of the 22nd International Conference on Thermoelectric La Grande Motte, France, August 17-21, 2003 p259

    [4]

    Tanaka T, Nishitani R, Oshima C, Kawai S 1980 J. Appl. Phys. 51 3877

    [5]

    Etourneau J, Hagenmuller P 1985Philosophical Magazine B 52 589

    [6]

    Lafferty J M. 1951 J. Appl. Phys. 22 299

    [7]

    Schmidt P H, Joy D C 1978 J. Vac. Sci. Technol. 15 1809

    [8]

    Futamoto M Nakazawa M Kawabe U 1980 Surf. Sci. 100 470

    [9]

    Takeda M Fukuda T Domingo F Miura T 2004 J. Solid State Chem. 177 471

    [10]

    Togawa K, Shintake T, Inagaki T, Tanaka T 2007 Phys. Review Special Topics-Accelerators and Beams 10 020703

    [11]

    Chen CH Xuan Y Otani S. 2003 J. Alloy Compd. 350 L4

    [12]

    Chen C M, Zhou W C, Zhang L T 1998 J. Cryst. Growth 191 875

    [13]

    Zhou S H, Zhang J X, Liu D M, Bao L H 2009 J. Inorg. Mater. 24 793 (in Chinese) [周身林, 张久兴, 刘丹敏, 包黎红 2009 无机材料学报 24 793]

    [14]

    Ma R G 2010 Ph. M. (Beijing: Beijing University of Technology) (in Chinese) [马汝广 2010 硕士学位论文 (北京:北京工业大学)]

    [15]

    Zhou S L, Zhang J X, Liu D M, Lin Z L, Huang Q Z, Bao L H, Ma R G, Wei Y F 2010 Acta Mater. 58 4978

    [16]

    Bao L H, Zhang J X, Zhou S L 2011 J. Rare Earths 29 580

    [17]

    Wang H B, Xu Z, Lu H P, Deng R P, Yang X, Gan K Y, Jin X, Li M, Liu X S 2005 High Power Laser and Particle Beams 17 932 (in Chinese) [王汉斌, 许州, 卢和平, 邓仁培, 杨肖, 甘孔银, 金晓, 黎明, 刘锡三 2005 强激光与粒子束 17 932]

    [18]

    Gesley M, Swanson L W 1984 Surf. Sci. 146 589

    [19]

    Zhou S L Zhang J X and Liu D M 2010 High Power Laser and Particle Beams 22 171 (in Chinese) [周身林, 张久兴, 刘丹敏 2010 强激光与粒子束 22 171]

    [20]

    Liu X Q 1980 Cathodes Electronics (Beijing: Science Press) p233 (in Chinese) 刘学悫 1980 阴极电子学 (北京: 科学出版社) p233

  • [1]

    Chen C H, Aizawa T, Iyi N, Sato A, Otain S 2004 J. Alloys and Compds. 366 L6

    [2]

    Hossain F M, Riley D P, Murch G E 2005 Phys. Revi. B 72 235101

    [3]

    Takeda M, Fukuda T, Kurita Y 2003 Proceedings of the 22nd International Conference on Thermoelectric La Grande Motte, France, August 17-21, 2003 p259

    [4]

    Tanaka T, Nishitani R, Oshima C, Kawai S 1980 J. Appl. Phys. 51 3877

    [5]

    Etourneau J, Hagenmuller P 1985Philosophical Magazine B 52 589

    [6]

    Lafferty J M. 1951 J. Appl. Phys. 22 299

    [7]

    Schmidt P H, Joy D C 1978 J. Vac. Sci. Technol. 15 1809

    [8]

    Futamoto M Nakazawa M Kawabe U 1980 Surf. Sci. 100 470

    [9]

    Takeda M Fukuda T Domingo F Miura T 2004 J. Solid State Chem. 177 471

    [10]

    Togawa K, Shintake T, Inagaki T, Tanaka T 2007 Phys. Review Special Topics-Accelerators and Beams 10 020703

    [11]

    Chen CH Xuan Y Otani S. 2003 J. Alloy Compd. 350 L4

    [12]

    Chen C M, Zhou W C, Zhang L T 1998 J. Cryst. Growth 191 875

    [13]

    Zhou S H, Zhang J X, Liu D M, Bao L H 2009 J. Inorg. Mater. 24 793 (in Chinese) [周身林, 张久兴, 刘丹敏, 包黎红 2009 无机材料学报 24 793]

    [14]

    Ma R G 2010 Ph. M. (Beijing: Beijing University of Technology) (in Chinese) [马汝广 2010 硕士学位论文 (北京:北京工业大学)]

    [15]

    Zhou S L, Zhang J X, Liu D M, Lin Z L, Huang Q Z, Bao L H, Ma R G, Wei Y F 2010 Acta Mater. 58 4978

    [16]

    Bao L H, Zhang J X, Zhou S L 2011 J. Rare Earths 29 580

    [17]

    Wang H B, Xu Z, Lu H P, Deng R P, Yang X, Gan K Y, Jin X, Li M, Liu X S 2005 High Power Laser and Particle Beams 17 932 (in Chinese) [王汉斌, 许州, 卢和平, 邓仁培, 杨肖, 甘孔银, 金晓, 黎明, 刘锡三 2005 强激光与粒子束 17 932]

    [18]

    Gesley M, Swanson L W 1984 Surf. Sci. 146 589

    [19]

    Zhou S L Zhang J X and Liu D M 2010 High Power Laser and Particle Beams 22 171 (in Chinese) [周身林, 张久兴, 刘丹敏 2010 强激光与粒子束 22 171]

    [20]

    Liu X Q 1980 Cathodes Electronics (Beijing: Science Press) p233 (in Chinese) 刘学悫 1980 阴极电子学 (北京: 科学出版社) p233

  • [1] 林麦麦, 宋晨光, 王明月, 陈富艳. 含有非热电子和陷俘离子的复杂等离子体中非线性尘埃声波的传播特征.  , 2024, 73(7): 075201. doi: 10.7498/aps.73.20231967
    [2] 尚吉花, 杨新宇, 孙大鹏, 张久兴. 钡钨阴极优化与热电子发射性能.  , 2022, 71(4): 047901. doi: 10.7498/aps.71.20211684
    [3] 尚吉花, 杨新宇, 孙大鹏, 张久兴(Jiu-Xing Zhang). 钡钨阴极优化与热电子发射性能研究.  , 2021, (): . doi: 10.7498/aps.70.20211684
    [4] 张红艳, 包黎红, 潮洛蒙, 赵凤岐, 刘子忠. 多功能多元稀土六硼化物La1–x Srx B6光吸收及热电子发射机理.  , 2021, 70(21): 214204. doi: 10.7498/aps.70.20211069
    [5] 潘晓剑, 包黎红, 宁军, 赵凤岐, 朝洛蒙, 刘子忠. 多元纳米稀土六硼化物Nd1–xEuxB6粉末的制备及光吸收研究.  , 2021, 70(3): 036101. doi: 10.7498/aps.70.20201288
    [6] 赵英浩, 张瑞, 张波萍, 尹阳, 王明军, 梁豆豆. Cu1.8–x Sbx S热电材料的相结构与电热输运性能.  , 2021, 70(12): 128401. doi: 10.7498/aps.70.20201852
    [7] 程大伟, 包黎红, 张红艳, 潘晓剑, 那仁格日乐, 赵凤岐, 特古斯, 朝洛濛. 蒸发冷凝法制备超细CeB6和SmB6纳米粉末及可见光穿透特性.  , 2019, 68(24): 246101. doi: 10.7498/aps.68.20191312
    [8] 包黎红, 朝洛蒙, 伟伟, 特古斯. 稀土硼化物LaxCe1-xB6亚微米粉的制备及光吸收研究.  , 2015, 64(9): 096104. doi: 10.7498/aps.64.096104
    [9] 赵家瑞, 于全芝, 梁天骄, 陈黎明, 李玉同, 国承山. 利用光核反应对激光等离子体中超热电子温度诊断的理论研究.  , 2013, 62(7): 072501. doi: 10.7498/aps.62.072501
    [10] 包黎红, 那仁格日乐, 特古斯, 张忻, 张久兴. 放电等离子烧结原位合成LaxCe1-xB6化合物及性能研究.  , 2013, 62(19): 196105. doi: 10.7498/aps.62.196105
    [11] 张 忻, 李 佳, 路清梅, 张久兴, 刘燕琴. (Bi1-x Agx)2(Te1-ySey)3粉体的机械合金化制备及其放电等离子烧结体的热电输运特性.  , 2008, 57(7): 4466-4470. doi: 10.7498/aps.57.4466
    [12] 蒋 俊, 李亚丽, 许高杰, 崔 平, 吴 汀, 陈立东, 王 刚. 制备工艺对p型碲化铋基合金热电性能的影响.  , 2007, 56(5): 2858-2862. doi: 10.7498/aps.56.2858
    [13] 徐妙华, 梁天骄, 张 杰. 利用韧致辐射诊断激光等离子体相互作用产生的超热电子.  , 2006, 55(5): 2357-2363. doi: 10.7498/aps.55.2357
    [14] 吴衍青, 韩申生. 电子-离子碰撞对超热电子影响的PIC模拟计算.  , 2000, 49(5): 915-921. doi: 10.7498/aps.49.915
    [15] 黄朝松, 吴颖. 热电子等离子体低频不稳定性的非线性理论.  , 1990, 39(8): 61-68. doi: 10.7498/aps.39.61
    [16] 黄朝松, 吴广学, 肖诗莉. 热电子等离子体无碰撞漂移波的稳定性.  , 1989, 38(4): 629-636. doi: 10.7498/aps.38.629
    [17] 关维恕, 王恩耀, 程仕清, 段淑云, 王纪海, 顾彪, 尚振奎. 电子迥旋加热等离子体及热电子环特性的实验研究.  , 1989, 38(2): 228-235. doi: 10.7498/aps.38.228
    [18] 黄朝松, 邱励俭, 任兆杏. 热电子对低频等离子体漂移波的稳定作用.  , 1988, 37(8): 1284-1290. doi: 10.7498/aps.37.1284
    [19] 黄朝松, 任兆杏, 邱励俭. 热电子等离子体的耗散漂移不稳定性.  , 1987, 36(9): 1112-1121. doi: 10.7498/aps.36.1112
    [20] 张恩虬. 关于热电子发射理论的评述(Ⅰ)——对氧化物阴极的半导体模型的批判.  , 1974, 23(5): 43-52. doi: 10.7498/aps.23.43
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-05-25
  • 修回日期:  2012-06-18
  • 刊出日期:  2012-11-05

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