微通道板及其主要特征性能
第五章微通道板汇总
3、微通道板工作原理
电子倍增系数的大小和微通道板的厚度 （即微通道的长度），微通道内径，二 次级电子发射系数以及所用的电压有关， 一般可达 10 3 ～ 10 4 ，如果采用较高的 电压，把两块板串联起来，电子倍增系
微通道板（Microchannel Plate，MCP） 是一种大面阵的高空间分辨的电子倍增探测器 ，并具备非常高的时间分辨率。
主要用作高性能夜视像增强器，并广泛应用于 各科研领域。微通道板以玻璃薄片为基地，在 基片上以数微米到十几微米的空间周期以六角 形周期排布孔径比空间周期略小的微孔。一块 MCP上约有上百万微通道，二次电子可以通道 壁上碰撞倍增放大，工作原理与光电倍增管相 似。
4、微通道板种类
二代双近贴式像增强器的结构如图4所示。ＭＣＰ 近贴于光阴极和荧光屏之间，构成两个近贴空间， 因此又称为双近贴式像增强器。由于采用了双近贴 、均匀场，所以图像无畸变，放大率为１，不倒像 。同样，由于近贴，会出现光阴极、ＭＣＰ、荧光 屏三者之间的相互影响。
如光阴极和 ＭＣＰ之间的近贴，为了避免场致发 射，所加电压较低，因而光电子到达 ＭＣＰ的能 量也较低，这使近贴管的增益受到限制；又如光阴 极与荧光屏之间的空间很小，其光反馈比较严重， 这使其分辨力受到影响。
4、微通道板种类
图4 二代双近 贴式像增强器
结构示意图 １—光阴极； ２—微通道板； ３—荧光屏
倒像式微通道板像增强器，是在荧光屏前面 放置微通道板，能达到几万倍以上的光学增 益，而且不用再次倒像。
在平面阴极和平面荧光屏之间加微通道板的双 近贴式微光管没有倒像作用。通常采用 180° 扭转的纤维光学面板，把由物镜形成的倒立像 再颠倒过来，从而得到正立的图像。这类微光 管一般采用厚多碱光电阴极，以提高红光和近 红外区域的灵敏度采用灵敏度更高的Ⅲ-Ⅴ族负 电子亲和势光电阴极，即为第三代像增强管。 红外变像管通常采用对红外敏感的半透明银氧 铯光电阴极。
微通道反应器性能特点
微反应器其实就是一种连续流动的管式反应器。
它包括化工单位所需要的混合器、换热器、反应器控制器等。
微反应器有着极好的传热和传质能力，可以实现物料的瞬间均匀混合和的传热，因此许多在常规反应器中无法实现的反应都可以微反应器中实现。
1、微通道反应器的特点和常规的反应器相比微反应器有着许多优势，我们可以从以下的方法了解到。
（1）比表面积大，传递率高，接触时间短，副作用少：微通道特征尺度较小，约为5000—50000m2m，单位体面积上传热、传质能力有显著增强。
（2）快速、直接放大：传统放大过程存在着放大效应，通过增大生产设备的体积和规模达到放大的目的，过程耗时耗力，并且不能根据市场需求立即做出相应的反应，具有滞后性。
微反应系统呈多通道结构，每一个通道相当于一个独立的反应器，在扩大生产的时候不需要对反应器尺寸进行放大，只需并行增加微反应器数量，就是所谓的“数增放大”。
（3）安全性高：大量热量也可以及时移走，从而保证反应温度维持在设定范围内，极大地减少了发生事故的可能性。
（4）操作性好：微反应系统是呈模块结构的并行系统，具有较好的便携性，可以实现在产品使用地分散建设并就地生产、供货，真正实现将化工厂便携化，并且可以根据市场情况增减通道数和更换模块来调解生产，具有很高的操作弹性。
目前很多实验都可以适用于微通道反应器，但是也有一些反应不适用。
而且目前来说很难界定，因为每个反应的特性不同，但一般认为，现有的合成反应有20-30%可以通过微通道反应器进行技改。
同时利用微通道反应器，我们可以将大约20%-30%过去认为是危险的工艺流程进行实现。
也就是说目前来看有接近30-50%的化工工艺可以通过微通道反应器进行技改。
微通道反应器独特的结构给它带来了一系列的性能，故它被应用到许多领域中。
例如对于小规模的光化学过程，采用透明的微反应器可有利于薄流体层靠近辐射源。
目前微通道反应器在化工工艺过程的研究与开发中已经得到广泛的应用，商业化生产中的应用正日益增多。
硅微通道板芯片制造
硅微通道板芯片制造硅微通道板是一种用于数据处理的芯片，其特点是在芯片表面沿一个主轴或线状空间上建立一系列狭窄但连续的通道。
这种技术可以在任何尺寸芯片上运行，其功能是将一组信号分割成许多可加以处理的独立信号。
这种技术由于具有低成本、高灵活性和可缩小尺寸等优势，使其在许多领域取得了许多成果，如可编程逻辑器件、压力传感器、温度传感器、线性传感器、激光刻录机等。
硅微通道板的制造过程需要将量子状态的硅原料熔融之后塑料成形，然后把熔融状态的硅原料重新组合成纳米结构。
在成型过程中会产生一些缺点，这些缺点可能会影响最终的产品质量，比如会产生尘埃和气泡，这会导致芯片表面凹凸不平，短路电流等。
因此，在制造硅微通道板芯片时要采取加强检测和清洁技术等措施，来保证芯片的质量。
首先，在熔融硅原料时，要采取再造熔融技术，通过循环减少空气尘埃，以减少芯片表面的缺陷。
同时，在再造过程中，需要采取引入气体技术，及时处理表面气泡等问题，从而改善芯片表面状态。
其次，在制作芯片表面时，应使用精密的控制器，使硅芯片表面形成精细的微通道，从而改善导电性能和信号传输特性。
同时，需要采用换向技术，以保证通道列表的准确性，并确保芯片的连续性和晶胞的完整性。
最后，要用清洁和检测技术，以确保完整的纳米微通道的准确性。
要检查芯片的电气性能，这是芯片质量的重要指标之一。
此外，还应定期对芯片进行可靠性测试，以确保芯片能正确执行其工作任务。
综上所述，制造硅微通道板芯片需要采取多种技术手段，以保证芯片质量。
这些技术手段包括精密的熔融、控制、引入气体技术、换向技术、清洁技术以及检测技术等，都可以改善芯片的质量，保证芯片能够精确的执行其功能。
只有经过这些多道技术的改进，才能确保芯片的可靠性和长期使用性能。
微通道板介绍
This paper is a report on recent efforts to increase MCP dynamic range, by lowering MCP
background noise and by raising the MCP output count rate upper limit (Figure 1). In section 2, the most recent work in an ongoing program to produce MCPs with essentially zero intrinsic background noise is briefly discussed. In section 3, new results are presented on extending the MCP output count rate upper limit almost two orders of magnitude, to levels approaching 10'° cm2s' under continuous d.c. operation.
Low noise and conductively cooled microchannel plates
W.B. Feller
Galileo Electro-Optics Corporation Sturbridge, MA 01566
Abstract
Microchannel plate (MCP) dynamic range has recently been enhanced for both very low and very high input flux conditions. Improvements in MCP manufacturing technology reported earlier have led to MCPs with substantially reduced radioisotope levels, giving dramatically lower internal background counting rates. An update is given on the Galileo low noise MCP. Also, new results in increasing the MCP linear
微通道板光电倍增管 - 南京电子器件研究所
400-850
500-550 Ø35.5
29
光纤面板 Sb-K-Na-Cs Ø18
GDB-609
185-320
240
Ø47
25
石英
Te-Cs
Ø25
GDB-610
185-850
520
Ø70
石英
Sb-K-Na-Cs Ø45
3
4×4
2800
3
128×128
2600
3
单阳极
2700
GDB-611 300-1100
过压设置范围为 0～-3500V，并设有限流保护电路，稳定度高，纹波系数小。
技术参数
SZX-DY02 型高压稳压电源
输入电压 输出电压 输出电流 电压调整率 负载调整率 纹波系数 时间稳定性
交流 220V±10%，50Hz 0～-3000 连续可调 0～0.3mA ≦0.05% ≦0.1% ≦0.05% ≦0.1%
Ø10
1
单阳极
2000
GDB-618
400-850
500-550 Ø25
29
硼硅玻璃 Sb-K-Na-Cs Ø10
2
单阳极
2000
GDB-619
400-900
500-550 Ø55
24
光纤面板 Sb-K-Na-Cs Ø25
2
4×4
2000
阴极灵敏度
辐射灵敏度 光照灵敏度
mA/W
μA/lm
阳极灵敏度
辐射灵敏度 光照灵敏度
a ） 单阳极 MCP-PMT
技术参数
b） 多阳极 MCP-PMT
c） 门选通型 MCP-PMT
管型
光谱响应 峰值波长 范围（nm） （nm）
5第五章微通道板汇总
5第五章微通道板汇总微通道板（Microchannel Plate，简称MCP）是一种通过微细通道和电子增强器件结合起来的高效光电转换器件。
它具有高增益、高速度、低噪声和宽波长响应等优点，在光学成像、粒子探测和高能物理实验等领域得到广泛应用。
本文将对微通道板的工作原理、结构特点、制备工艺和应用进行总结。
微通道板的工作原理是通过光电子倍增效应将入射粒子或光子转化为电子，并通过微通道中连续的二次电子倍增产生输出信号。
其基本结构由微通道、电阻膜和法拉第阳极组成。
当入射光子或粒子通过微通道时，激发出的光电子经过电阻膜形成雾化电子，然后在微通道内不断碰撞产生二次电子，最终被法拉第阳极收集形成电子输出信号。
微通道板的优点之一是其高增益特性。
由于微通道板内部微通道的连续结构，入射光子或粒子激发的光电子可以不断地在微通道内碰撞产生二次电子，从而实现电子倍增的效果。
这使得微通道板的增益倍数高达数千倍，大大提高了光电转换的效率。
微通道板还具有高速度和低噪声的特点。
微通道板内的微通道结构可以快速传输电子，并且由于二次电子的连续产生，输出信号的响应速度非常快。
同时，微通道板的结构紧密，内部电子传输的距离较短，减小了噪声的干扰，提高了信号的清晰度。
微通道板的制备工艺主要包括电阻膜沉积、微通道腐蚀和阴极活化。
其中，电阻膜沉积是通过真空蒸发或溅射技术，在玻璃基片上制备一层电阻薄膜，用于形成雾化电子。
微通道腐蚀是通过化学蚀刻或离子刻蚀技术，在表面涂覆一层掩膜并进行图案化，然后使用腐蚀液将未被掩膜保护的部分腐蚀掉，形成微通道结构。
阴极活化是通过特殊工艺处理，在微通道板内部的通道表面引入加速电场，从而增强电子传输的能力。
微通道板的应用非常广泛。
在光学成像方面，微通道板可以用于高增益和低噪声的图像增强，提高低亮度成像的效果。
在粒子探测方面，微通道板可以将微观粒子的入射信号转化为易于检测的电子信号，提高了粒子探测的敏感度。
在高能物理实验中，微通道板可以作为粒子探测器件，用于观测高能事件和粒子轨迹的重建。
微通道板技术
微通道板技术
石云波;郭涛;刘俊
【期刊名称】《测试技术学报》
【年(卷),期】2004(018)0z3
【摘要】本文针对军用夜视仪中的关键部件微通道板,简述了微通道板的基本原理,讨论了微通道板传统加工工艺的优缺点,并结合MEMS技术的发展,说明了新型工艺在加工中的优势,最后阐述了目前我国微通道板与世界强国之间的差距.
【总页数】4页(P29-32)
【作者】石云波;郭涛;刘俊
【作者单位】国家教育部"仪器科学与动态测试"重点实验室,华北工学院电子科学与技术系,太原,030051;国家教育部"仪器科学与动态测试"重点实验室,华北工学院电子科学与技术系,太原,030051;国家教育部"仪器科学与动态测试"重点实验室,华北工学院电子科学与技术系,太原,030051
【正文语种】中文
【中图分类】E2
【相关文献】
1.微通道板SiO2防离子反馈膜技术研究 [J], 李野;田景全;姜德龙;向嵘;付申成;王国政;吴奎;王新;端木庆铎;富丽晨
2.提高微通道板对低能电子探测效率的技术途径 [J], 杨露萍;衡月昆;钱森;刘术林;黄明举;赵天池;闫保军;温凯乐;杨玉真;司曙光;黄国瑞
3.降低微通道板输入面电极反射率的技术途径 [J], 刘术林;匡蕾;孙建宁;贾永前;智
强;谭宇
4.微通道板打拿极导电层ALD制备技术研究进展 [J], 姜柱松;王国政
5.微通道板清洗技术 [J], 王益军;严诚;曾桂林
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微通道水冷板介绍
微通道水冷技术的原理 微通道条件下流体高雷诺数下的强烈紊流，增强换热 效果。
微通道条件下流体热边界层变薄，近乎消失。
流体分子级别的与固体壁面的强烈撞击增强换热。
微通道水冷技术特性密度
热流密度大于100W/cm2时，一般只能采取水冷方式
技术创新 引领产业变革
—微通道水冷技术及应用
微通道水冷技术及应用
一、微通道水冷技术简介 二、微通道水冷解决方案 三、设计难点及建议
一、微通道水冷技术简介
微通道水冷技术
是一种利用微尺度条 件下流体固体表面强 烈的对流换热效应的 冷却技术。
液体流道<1mm
微通道换热效果是普通水冷的几十倍
谢谢！
谢 谢 ！
微肋水冷板
超强的换热效果，高热流密 度的针对性优化。
微通道换热器
配合高性能纯铜 扁管120mm换热器， 有效解决散热问题
三、设计难点及建议
难点：
发热芯片与安装孔之间距离较近。
1、微通道的尺寸受到限制，仅限 于芯片上方区域； 2、密封方式限定于焊接方式，无 法采用成本较低的橡胶圈螺钉紧固的密 封方式； 3、流道空间较小。
建议增大芯片与安装孔之间距离。
系统构成及成本估算 系统构成：
水冷板、铜盖壳子、背板、水箱换热器、水泵及橡胶管
成本估算：
1、单个样本成本为：7000元 2、批量（200个/批）材料及加工成本：1300元 组装、运输成本：300元 税费及其他：400元 3、批量（200个/批）模具费：8～10万元 材料及加工成本：900元 组装、运输成本：300元 税费及其他：350元
较小的水冷板体积
较轻的水冷板重量
微通道水冷技术
液滴状微针肋
微通道板简介
微通道板简介
一、简介
微通道是一种特殊光学纤维器件，是一种先进的具有传输、增强电子特
点
1. 通道孔径：5～50 μm 2．开口比：≥60％3．电极材料：Ni-Cr 4．电极浸没深度：输入端：≤0.8d (d : 通道孔径) 输出端：2～3d (d: 通道孔径) 5．烘烤温度：≤400℃6．高输出电流、大动态范围、高增益、低噪声、长寿命7．带/不带固体边
微通道板结构
一块微通道板是由104107 个相互平行的小的电子倍增管组成，一个电
子倍增管的尺寸为，通道长几十微米，通道长度和直径之比为40―100，通道之间距离一般为几十微米，通道与板的表面偏置一个角度，通常为8 度，孔内
表面材料的二次电子发射系数为大于等于3
微通道板的实体二、微通道板电子倍增原理：
在微通道板的每个通道的内壁上都涂有一种能发射次级电子的半导体材料，当给微通道板加了一定电压后，就会在每个通道中产生一个均匀的电场。
这个电场是轴向的。
所以能使进入电场的低能电子（光子或电子）与壁碰撞的
时候能产生次级电子，并且在轴向电场的作用下次级电子被加速，这样次级电
子碰到壁上又会产生更多的新的次级电子。
这样。
对于一个入射粒子。
在板的
输出端就会产生很多的电子。
实际上我们很容易理解，每个通道就是一个光电
倍增管，不过它没有专门的光阴极，而且打拿极是连续分布的，另外入射电子
不只限于光子，事实上任何载能电子，只要在通道壁上能打出次级电子，它都
能响应，与光电倍增管外电路分压器相比拟，它利用铅玻璃自身的体电阻作为。
5第五章 微通道板
图1-1
3、微通道板工作原理
当微通道板两端加上1kV左右的直流电压，在每个 微通道内部都形成与通道中心轴平行的电场，图2 表示这样一个微通道内的电场和电子倍增原理。 具有初速度的电子从通道一端射入，这些电子在电 场和垂直电场方向的速度分量的作用下，以抛物线 轨道飞行并得到加速，而后碰在通道的壁上打出几 个次级电子。这些次级电子在电场作用下又得到加 速，再次撞击内壁打出次级电子。如此重复多次， 便实现了电子的倍增。板上所有微通道的电子倍增 的总和就构成了整个微通道板的电子增益。
图像增强器
第五章 微通道板---MCP
1、微通道板 Micro channel plates
20世纪70年代在单通道电子倍增器基础上 发展起来的一种多通道电子倍增器。 微通道板具有结构简单、增益高、时间响应 快和空间成像等特点，因而得到广泛的应用。 它主要应用于各种类型的像增强器、夜视仪、 量子位置探测器、Χ射线放大器、场离子显 微镜、超快速宽频带示波器、光电倍增器等。
3利用快上升时间特性，MCP也可用于飞行时 间谱仪的探头。
思考题: 1、微通道板结构和工作原理； 2、微通道板的种类； 3、微通道板像增强器的优缺点。
参考
2、微通道板结构
微通道板是由许许多多的特殊空心玻璃纤维压 制成的一块很薄的板（图1），空心纤维的内 径为20～40μm，板的厚度大约2mm，板的 外径目前可做到5～6cm左右。 每根空心纤维(即每个微通道)的内表面层是次 级电子发射系数较大的材料（通常发射系数可 达3～4），在真空的条件下，微通道的两端面 用真空溅射的办法镀一层导电物质作为电极。
6、 MCP使用中的注意点：
1保持端面的清洁，不能用手触摸。
2避免碰撞，挤压造成机械破损。
微通道板汇总课件
绿色环保
环保意识的提高使得绿色环保成为 微通道板市场的重要发展趋势，环 保型微通道板产品的需求不断增加。
定制化需求
随着消费者对产品的个性化需求不 断增加，定制化的微通道板产品将 成为市场的重要趋势。
04
微通道板研究进展
微通道板研究现状
微通道板是一种重要的电子器件，广泛应用于高能物理、粒子物理、空间物理等 领域。近年来，随着科技的不断进步，微通道板的研究和应用得到了进一步的发 展。
06
案例分析
案例一：某公司微通道板生产工艺优化
总结词
提高效率、降低成本、保证质量
详细描述
该公司在微通道板生产过程中，通过优化生产工艺，提高了生产效率，降低了 生产成本，并确保了产品质量。具体措施包括改进生产流程、采用新型材料和 优化设备参数等。
案例二
总结词
扩大市场份额、提高品牌知名度、增强竞争力
THANK YOU
感谢聆听
基板通常由绝缘材料制成，为微通道层的嵌套提供 支撑和保护。
微通道层通常由导电材料制成，形成微米尺度的通 道，用于传输和转换光信号。
微通道板工作原理
微通道板的工作原理是基于静 电聚焦和光电转换的原理。
在微通道板的制造过程中，会 在通道内壁沉积一层光电材料， 当光线照射到通道内壁时，光 电材料会产生光电流，将光信 号转换为电信号。
在研究领域，微通道板的设计、制备、特性研究等方面已经取得了一定的成果。 同时，在应用领域，微通道板也在加速器、探测器、电子倍增器等方面得到了广 泛的应用。
微通道板研究热点
随着科学技术的不断发展，微通道板的研究热点也在不断变化。目前，微通道板的制备工艺、性能表征、优化设计等方面是 研究的热点问题。
co2微通道冷板
co2微通道冷板
CO2 微通道冷板是一种高效的散热解决方案，它利用二氧化碳 CO2）作为冷却介质，通过微通道结构进行热量传递。
CO2 微通道冷板的优点包括：
1. 高效散热：CO2 具有较高的热导率和比热容，能够快速吸收和传递热量，从而实现高效散热。
2. 体积小：微通道结构可以减小冷板的体积，使其更易于集成到设备中。
3. 低噪音：CO2 微通道冷板运行时噪音较低，适用于对噪音要求较高的场合。
4. 环保：CO2 是一种天然的制冷剂，不会对环境造成污染。
CO2 微通道冷板通常应用于需要高效散热的场合，如电子设备、数据中心、工业控制等领域。
微通道的工作原理
微通道的工作原理
微通道是一种微尺度的通道结构，具有高度微结构化的特点，可用于流体传输、热传导、传质等应用。
微通道的工作原理主要涉及两个方面：微通道的结构特点和微观尺度效应。
1. 结构特点：微通道的尺寸通常在微米至亚毫米尺度，具有高比表面积和高宽比的特点。
微通道的壁面通常由非常薄的材料构成，以实现高效的传热或传质。
通道内部的壁面也可能具有纳米级或亚纳米级的表面特征，如纳米结构、纳米涂层等，以改善流体流动的性质。
2. 微观尺度效应：当流体通过微通道时，由于通道尺寸小和壁面效应的存在，微观尺度效应会显著影响流体的性质和行为。
主要微观尺度效应包括：
- 界面效应：由于通道壁面接触到流体，壁面效应会引起流体的黏度增加、表面张力变化等影响；
- 微尺度湍流效应：当流体通过微通道时，由于局部速度差异，可能会在通道内产生微观尺度的湍流现象；
- 热传导增强效应：由于微通道的高比表面积，流体与通道壁面的热交换更加充分，从而提高了热传导效率；
- 传质增强效应：由于微通道的高比表面积，流体与通道壁面的接触面积增大，从而提高了传质效率。
综上所述，微通道的工作原理涉及微通道的结构特点和微观尺度效应的相互作用。
通过合理设计微通道的结构和控制微观尺度效应，可以实现高效的流体传输、热传导和传质等应用。
纳米石墨烯微通道板的场发射特性
纳米石墨烯微通道板的场发射特性吴大军;钱斌;王连卫【摘要】纳米石墨烯丰富的尖端和缺陷能够提高材料的场发射性能.然而其与衬底的粘附性差导致在场发射过程中容易发生真空间隙击穿,引起器件失效.本文采用新颖的溶剂热渗碳方法制备了纳米石墨烯包覆硅微通道板,形成石墨烯微通道板(MLG-MCPs).纳米石墨烯的表面形貌和晶体机构由Raman和TEM进行表征,MLG横向尺寸50～100 nm,呈涟漪和褶皱形状,具有较高的结晶度.场发射测试结果显示800℃退火能增加缺陷密度,降低功函数,开启电场降至2.0V/μm(10μA/cm2),显示了较好的场发射特性.【期刊名称】《常熟理工学院学报》【年(卷),期】2018(032)005【总页数】6页(P13-18)【关键词】纳米石墨烯;硅微通道板;场发射;电子发射;渗碳【作者】吴大军;钱斌;王连卫【作者单位】常熟理工学院物理与电子工程学院,江苏常熟 215500;常熟理工学院物理与电子工程学院,江苏常熟 215500;华东师范大学信息科学技术学院电子工程系,上海 200062【正文语种】中文【中图分类】O4691 引言第4代碳材料的种类丰富（活性炭、碳纤维、碳纳米管和石墨烯），且在能源存储、太阳能电池、传感器、催化和电子场发射领域具有较为广泛的应用前景［1-5］.新型碳材料在场发射应用研究较多，包括金刚石薄膜［6］、碳锥［7］、碳纤维［8］、石墨锥［9］、碳纳米管［10］、碳纳米颗粒［11］、多层石墨烯［12］、少层石墨烯［13］和掺杂石墨烯［14-16］.石墨烯［17］是二维平面材料，具有超大比表面积，场发射领域应用潜力巨大［18-19］.然而，平面石墨烯的静电屏蔽效应和与衬底之间的晶格不匹配使得场发射性能不能达到实际要求［20］.科学家有望通过两种途径来解决这一问题，复合材料的形成是一个有效的手段，比如：构建树立的石墨烯纳米片［21］，石墨烯/金属氧化物［22］，金属修饰石墨烯［23］，异质原子掺杂石墨烯［24］，石墨烯复合材料的表面功函数降低，开启电压变小，性能提升.另一种有效的方法是构筑三维结构的石墨烯结构，该结构能够增加单位面积的凸点、尖端和缺陷，这些都可以看作场发射有效活性点，比如：图形化rGO/Si［25］，graphene/Si［26］，graphene/Ni尖端陈列［27］，graphene/Si纳米线［28］等等［29-30］.势垒对电子的束缚是影响石墨烯场发射器件宏观性能的关键参数之一.通过局域场增强效应和降低表面功函数而使固体表面势垒高度降低、宽度变窄，从而减弱势垒对电子的束缚，利用量子隧穿效应发射电子.探索这两个策略表面/界面特性对于研究石墨烯场发射器件的机理，提高器件的场发射电流长时间的稳定性和均匀性至关重要.垂直对齐纳米片、尖端负载TMDs、复合材料、掺杂异质原子和等离子体处理是抑制静电屏蔽、增强局域场和降低表面功函数的有效措施，在场发射器件发射机理的研究中得到了广泛应用.目前已有多个小组通过局域场增强效应和降低表面功函数对石墨烯基场发射材料的界面耦合效应和表面/界面特性对发射电流的稳定性与均匀性行为规律进行了初步研究.Late等人［24］通过氩气、二氧化碳、氧气和氮气等离子体处理多层石墨烯，场发射测试结果表明二氧化碳等离子体处理获得的样品开启电场最低，仅0.18 V/μm.与二维石墨烯纳米片结构相比，三维导电的互通网络负载石墨烯更能提高材料的有效界面，增加活性点，提高器件性能［26］.相关的文献［27］调研显示多孔有序3D架构下graphene结构场发射器件的报道较少.在本工作中，我们以镀镍硅微通道板为模板，采用溶剂热渗碳工艺在其内外表面覆盖了一层纳米石墨烯，形成了三维架构下原位生长的纳米石墨烯新型结构，并对场发射性能进行了测试.研究了退火温度对提高表面缺陷态密度和场发射特性的影响，实验结果表明三维架构下的纳米石墨烯具有多孔、机械强度高和丰富尖端特性，发射电流具有较好的稳定性和均匀性.2 实验方法2.1 镀镍微通道板制备本文的硅微通道板采用课题组常用方法制备［30］.将硅微通道板放入0.5‰曲拉通水溶液中，排除孔内空气，提高亲水性.然后将硅微通道板投入事先配好的100 mL化学镀镍溶液中（其中5.2 g氯化镍，1.2 g磷酸二氢钠，5.0 g氯化铵），恒温水浴90 ℃ 15～20 min，得到镀镍硅微通道板，取出烘干备用.2.2 Ni3C/Ni/Si-MCPs制备取20 mL二缩三乙二醇溶液入烧杯，加入1 mol/L的乙酸钠溶液1 mL，磁力搅拌30 min.清洗后的镀镍硅微通道板（Ni/Si-MCPs）浸入5‰曲拉通溶液中，浸泡3 min，可活化表面同时去除孔内气体.再将Ni/Si-MCPs投入包含乙酸钠的二缩三乙二醇溶液，移至50 mL Teflon反应釜中.投入真空干燥箱260 ℃恒温6 h，自然降温，最终形成不稳定的碳化镍包覆硅微通道板.烘干备用.2.3 纳米graphene/Ni/Si-MCPs制备将制备好的Ni3C/Ni/Si-MCPs放入气氛炉中，520 ℃退火，保持32 min，由于碳化镍高于480 ℃会分解，六边形碳从镍中析出形成纳米石墨烯.为了探索退火温度不同而对样品的形貌和场发射性能的影响，设定了4个退火温度进行观测，温度为550 ℃的为样品0，600 ℃为样品1，700 ℃为样品2，800 ℃为样品3.图1和图2的表征结果说明通过溶剂热渗碳工艺不仅能够控制碳的含量，而且改变退火温度能够获得缺陷密度变化的纳米石墨烯，并且具备较高的质量.图1 X射线衍射（XRD）及拉曼光谱（Raman）图：（a）随着碳化时间的增加电极的XRD；（b）碳的含量和时间关系；（c）不同退火温度下电极的XRD；（d）不同退火温度下电极的Raman谱2.4 场发射测试利用二极管结构装置研究样品的电子场发射特性，纳米石墨烯微通道板（MLG-MCPs）电极作为阴极，清洗后ITO玻璃作为阳极，且阳极表面涂有磷粉.导电银浆把阴极黏附到ITO板上，80 ℃热台烘干，阴极厚度大约250 μm，ITO板之间通过云母片（厚度0.5～1 mm）隔开.场发射电子测试装置为自制设备，采用高压稳压电源和万用表进行测试电子场发射电流密度.在正式测量前，先进行预发射（2周测量），施加的电压在500～2 000 V之间反复循环多次，记录一次正行程记录的数据，再记录一次反行程的数据，求平均.图2 （a）碳化镍包覆镍的TEM图（插图是选区电子衍射SAED谱）；（b）图（a）1区域的高分辨率TEM；（c）石墨烯包覆镍的TEM图（插图是电子衍射SAED谱）；（d）石墨烯包覆镍结构的高分辨率TEM3 结果和讨论研究石墨烯微通道板退火温度对其场发射特性的影响.退火温度为600，700和800 ℃对应样品1，样品2和样品3.对这些样品分别进行场致电子发射性能评估.图3是样品的场发射测试装置，具体条件：室温、压强2×10-5 Pa，镀镍硅微通道板和样品1～3施加的电场（E）与电流密度（J）的关系同样被测到.场发射引起的J-E行为一般遵循Fowler and Nordheim指数关系，其方程［31］为式中b=6.83 V eV-3/2 nm-1，而φK是功函数，β是场发射增强因子.本实验中石墨烯和镍的功函数分别为～5 eV和～4.5 eV.测试J-E数据，绘制ln J/E2对E-1关系图，得到F-N图.如果是纯粹的隧道效应引起的电流，F-N图在高电场下的斜率呈线性.从图3（c）可以看出本实验获得的曲线呈线性，说明确实是场致电子发射.J-E关系图像表明本文的镀镍硅微通道板，样品1，样品2和样品3的开启电场分别是4.3，3.1，2.6和2.0 V/μm.其中样品3的开启电场、电流密度最优.根据Raman散射结果，由于高温退火，样品3的表面具备丰富的凸点和尖端，这些凸点和尖端可以作为场发射活性点，增强场发射电流密度.为了说明样品1～3场发射性能的强度，计算得到了它们的场发射增强因子（β）分别是2 300，2 500和3 800.这些样品的增强因子远远大于镀镍硅微通道板的倍增因子（200）.为了说明样品3的可靠性和稳定性，将样品3场发射电流密度在2.43 mA/cm2情况下保持6 h.测试结果发现电流的衰减率仅仅2.5%，见图3（d）.3D结构的石墨烯微通道板之所以具备优异的稳定性，主要是因为石墨烯和镀镍微通道板的粘附性非常好，能够提高耐高能粒子轰击能力，同时，多孔结构的石墨烯微通道板能够及时散逸焦耳热，阻止了由于焦耳热散发不及时而导致的真空间隙击穿.石墨烯微通道板的场发射性能有所增强，样品3的场发射性能优于前面报道的各种石墨烯材料构成的场发射阴极.为了探究石墨烯微通道板场发射机理，更好地理解其场发射机制.本文采用Ansys （V.9.0）建立了石墨烯微通道板和Ni/Si-MCPs模型，并进行了电势和电场分布仿真，如图4所示.电场梯度的计算用到了四阶Runge Kutta方程，电势分布的预估用到了有限差分法.阴极板和阳极板之间的距离（d）保持在约10 μm，40 V的电压施加到阳极，仿真时的模型厚度是1 mm，深度是250 mm.对于Ni/Si-MCPs而言，阳极和阴极板之间的电势差弱于MLG-MCPs.这样一来，其表面电子很难克服势垒飞溅到空气中，这就使得场发射电子流密度低，性能较弱.如图4（b）和图4（d）所示，在电学方面，电场分布梯度和电流密度是正比关系，仿真结果显示石墨烯微通道板的电流密度明显比Ni/Si-MCPs的场发射电流密度大，这些要归因于其具有较低功函数和良好的导电性.图5是本文设想的石墨烯微通道板模型.首先，附着在镍颗粒表面的纳米石墨烯尺寸非常小，具有非常高的比表面积.良好的导电性支撑了场发射电子的快速传输.第二，这种纳米石墨烯具有丰富的尖端和凸点，能够作为场发射活性点，提高场发射电流密度.第三，较高的表面缺陷密度使得表面势垒减小，功函数变小，降低了阈值电压.最后，多孔结构的石墨烯微通道板能够及时散逸焦耳热，阻止由于热量难以散发而导致的真空间隙击穿，保证稳定性.图3 （a）石墨烯微通道板测试场发射的实验装置；（b）石墨烯微通道板的J-E曲线（插图是Ni/Si-MCPs的J/E关系）；（c）石墨烯微通道板FN曲线；（d）样品3的稳定性测试和光学图像图4 （a）MLG-MCPs的电势分布；（b）电场分布仿真；（c）镀镍硅微通道板的电势分布；（d）电场分布仿真图5 推断的场发射机理4 结论本文利用新颖的溶剂热渗碳的方法制备石墨烯微通道板，在不同的退火温度下得到了具备不同形貌的MLG-MCPs电极.XRD和Raman表征显示石墨烯由碳化镍退火后获得，并且具有纳米尺寸.场发射测试结果显示Ni/Si-MCPs，MLG-MCPs600，MLG-MCPs 700和MLG-MCPs 800的开启电场分别是4.3，3.1，2.6和2.0 V/μm.因为高温能够进一步剥离MLG-MCPs电极中纳米石墨烯，使其表面的缺陷增加，这些缺陷能够作为场发射点增强场发射性能.参考文献：【相关文献】［1］HU B，WANG K，WU L H，et al.Engineering Carbon Materials from the Hydrothermal Carbonization Process of Biomass［J］.Adv Mater，2010，22（7）: 813-828.［2］KROTO H W，HEATH J R，O'BRIEN S C，et al.C 60: buckminsterfullerene［J］.Nature，1985，318: 162-163.［3］IIJIMA S.Helical microtubules of graphitic carbon［J］.nature，1991，354（6348）: 56-58.［4］NOVOSELOV K S，GEIM A K，MOROZOV S，et al.Electric field effect in atomically thin carbon films［J］.science，2004，306（5696）: 666-669.［5］YU S H，CUI X，LI L，et al.From starch to metal/carbon hybrid nanostructures: hydrothermal metal‐catalyzed carbonization［J］.Adv 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微通道铝均热板
微通道铝均热板
微通道铝均热板是一种具有微小通道结构的铝材板，用于热传导和热散热。
该板通过微小的通道结构，增加了板材的热交换面积，提高了热传导效率和散热能力。
微通道铝均热板主要由两层铝板组成，中间通过微通道连接。
这些微通道一般具有纵横交错的结构，形成了一个密集的通道网络。
通过将流体导入这些微通道中，可以大大增加热传导的表面积，使热量更快地传递到板材表面，然后通过自然对流或强制对流的方式散热。
微通道铝均热板具有以下优点：
1. 高热传导性能：微通道结构可以提高热传导效率，使得热量更快地传递到板材表面。
2. 均热性好：微通道结构可以均匀地分布热量，避免热点集中，提高热量均匀性。
3. 轻量化：铝材作为材料具有轻质的特点，可以减轻整体重量，适用于需要轻量化设计的场合。
微通道铝均热板可以广泛应用于电子设备、电动汽车、航空航天等领域，用于散热和降低设备温度。
在高功率电子元件的散热设计中，微通道铝均热板可以提供更好的散热效果，提高设备的稳定性和寿命。
微通道板特性参数测试系统研究的开题报告
微通道板特性参数测试系统研究的开题报告
一、选题背景
微通道板是一种新型的高效换热器件，在航空、航天、国防、汽车、电子、医疗等领域应用广泛，其中包括燃料电池、冷却器等应用。
微通道板的特殊结构使其具有高比表面积、高热传导率、低流阻、高强度等一系列的优异性能。
在实际应用中，为了使微通道板充分发挥其性能，需要对其特性参数进行严格测试，如热传导系数、流量分布、温度分布等等。
因此，本文选取了微通道板特性参数测试系统的研究为研究对象。
二、研究目的
本文旨在研究微通道板特性参数测试系统，分析其原理和特点，探索高效的测试方法和技术，提高测试准确性和稳定性，为微通道板的应用和发展提供技术支持。
三、研究内容及方法
1.概述微通道板特性参数测试系统的原理和特点，分析测试存在的问题和挑战；
2.研究微通道板特性参数测试系统的测试方法和技术，包括热传导系数测试、流量分布测试、温度分布测试等，分析并比较其优缺点；
3.提出改进测试系统的策略和方法，采用优化实验设计和建模预测等技术，提高测试准确性和稳定性；
4.设计微通道板特性参数测试系统实验方案，制定测试流程和步骤，验证测试系统的可行性和有效性；
5.分析实验结果和数据，评价测试系统性能，总结和归纳测试经验和教训，提出改进和优化建议。
四、研究意义
本文的研究旨在探索微通道板特性参数测试系统，提高测试准确性和稳定性，为微通道板应用和发展提供技术支持，具有一定的理论和实践意义。
五、预期成果
通过研究微通道板特性参数测试系统，预计可以掌握微通道板测试技术和方法，实现测试系统的优化和提升，提高测试准确性和稳定性，为微通道板的应用和发展提供技术支持。
pdms硅微通道板芯片加工
pdms硅微通道板芯片加工
PDMS硅微通道板芯片加工，是利用近几十年发展起来的解决尺寸精密、外型敏感、分析检测等技术问题的技术，加工的材料主要是PDMS（硅橡胶），具有硬度软、耐高温，绝缘性好、低表面能等特点。
一、 PDMS硅微通道板芯片加工技术
1. 3D打印技术：3D打印技术可用于精密结构的制造，可实现几千个微米量级的通道，结构可定制；
2. 表面导向技术：表面导向技术主要利用电阻发电原理，可根据客户需求定制复杂的流体通道，可实现相对准确的流动控制；
3. 抛光处理技术：精抛光可以有效地减少表面的亲水性，提高材料的耐腐蚀性和粘附性；
4. 复合技术：将金属和PDMS相结合，使PDMS具有金属纳米组件的性能，可以提高材料的可靠性和效率。
二、PDMS硅微通道板芯片加工的优势
1. 高精度：采用PDMS加工微型渗流通道，精度可达微米级，可以提供准确的尺寸和位置；
2. 良好的机械性能：PDMS硅微通道板可耐受高温、振动、疲劳等恶劣环境，能耐用多年；
3. 结构灵活：PDMS可采用许多不同的结构来设计渗流通道，不受既有形状的限制，在结构上可自由调整；
4. 成本节约：由于PDMS具有良好的机械和电气性能，使用环境友好，可有效减少生产成本。
总之，PDMS硅微通道板芯片加工技术已是不可或缺的高端技术，可解决复杂的工艺要求，在微电子、医学、物联网等领域得到广泛应用。
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文章编号:1002-2082(2004)05-0025-05微通道板及其主要特征性能潘京生(北方夜视技术股份有限公司南京分公司,江苏南京 210006)摘 要: 简要描述了微通道板的工作原理,介绍了微通道板的主要特征性能及其工作参数,包括厚度、开口面积比、增益及增益均匀性、动态范围、噪声、工作寿命和空间分辨率等,阐述了这些特征性能和参数彼此间的相互关联和相互制约的特殊关系。
在此基础上,对影响和制约微通道板名个特征性能和参数的特殊关系及因素作了详细分析。
这项工作对进一步认识和协调处理微通道板的各种特征性能和参数有着非常积极的作用。
关键词: 微通道板;增益;噪声因子;像增强器中图分类号:TN223 文献标识码:AMicrochannel Plates And Its Main CharacteristicsPAN Jing-sheng(No r th Night V isio n Techno log y Ltd.Co.,N anjing Branch,Na njing210006,China)Abstract:The w o rking principle o f micro channel pla te(M CP)is described briefly.The main perfo rma nce char acteristics and its wo r king para meters ar e int roduced,including thickness,open a rea ra tio,gain unifo rmity,dy namic r ang e,w o rking life a nd r eso lution e tc.Th e r elationship betw een these perfo rmances characte ristics a nd par ameter s is pr esented.On the basis o f the presentation mentio ned a bov e,a specific rela tio nship a nd facto rs,which a ffec t pa rame ters,is analysed.T he fur the r under sta nding and pro cessing o f the relatio nship betw een M CP'S main cha racteristic perfo r ma nces and pa rameter s ar e mor e sig nificant for the M C P's pro ductio n a nd application.Keywords:M CP;g ain;noise fig ure;imag e intensifier引言微通道板是于20世纪60年代末开发成功的一种简单紧凑的电子倍增器件,可以探测带荷粒子、电子、X射线和UV光子,具有低功耗、自饱和、高速探测和低噪声等优点,并以多种形式应用于各类探测器中。
微通道板的形状如一聚集了上百万个细微的平行空心玻璃管的薄圆片,每一空心管通道的作用犹如一个连续的打拿极倍增器,薄片两端面镀有镍铬金属薄膜。
外环为一圈镀有镍铬金属薄膜但没有通道的实体边,用于提供良好的端面接触以便施加电压。
微通道板必须工作于真空环境中,因其工作机理是利用通道内表层产生二次电子,在薄片两面加上电压。
当电子或其它粒子以一定能量撞击低电势输入面的通道内壁时产生二次电子,二次电子在场强的作用下沿着通道加速前进。
重复多次碰撞过程,最后在高电势的输出端面产生大量的电子,这个过程被形象地比喻为“电子雪崩”,如图1所图1 微通道板工作原理示意图Fig.1 Schematic diagram of work ing principle f or MCP 示。
这个倍增器件的增益取决于施加的电压值、长径比和通道内壁材料的二次电子发射特性。
通过收稿日期:2003-04-18; 修回日期:2003-08-10作者简介:潘京生(1965-),男,北京人,高级工程师,主要从事微通道板和光纤倒像器的设计开发和制作工作。
·25· y yg x205901@sina.co m 应用光学 J.Applied O ptics Sept.2004,25(5):25-29 调节微通道板端面间的电压,可以控制这个倍增器的增益。
由于增益取决于长径比而非通道的绝对尺寸,所以微通道板的尺寸及孔径可以做得很小而不改变其基本性能。
在提供信号倍增的同时,还可以获得良好的空间分辨能力。
因此,微通道板主要应用于微光像增强器。
微通道板的工作特性取决于它的增益和噪声因子以及空间分辨能力。
微通道板的几个主要特性参数在相应工作条件下相互影响并相互制约着。
巧妙处理这些参数即可达到所要求的工作效果。
1 厚度微通道板的厚度取决于通道直径。
通常情况下,长径比L /d c (L 为微通道板厚度即通道长度,d c 为通道直径)在40～55之间。
微通道板增益与微通道板的长径比在不同电压条件下的对应关系如图2所示。
由图可见,要获得最大增益,要求微通道板厚度满足最佳长径比。
微通道板的厚度薄到一度程度会严重降低其机械强度,操作处理时极易损坏,并且增加了制造难度,所以应在权衡工艺制造难度的同时,尽量选择相对合适的长径比参数,使之接近于最佳长径比,以获得相对较为满意的微通道板增益。
图2 微通道板增益与通道长径比的对应关系Fig .2 C orrespondence relationship of gain and lengthdiameter ratio of microchannel plates 另外,微通道板的通道与微通道板两端面的垂直轴线存在一定的角度,这个角度称为微通道板的斜切角,通常的斜切角为5°,8°和12°。
斜切角可以增加入射电子撞击通道内表面的几率,减少离子反馈,还可以避免作为输出窗口荧光屏上的光线直接反射到输入端的光阴极面上。
2 开口面积比开口面积比为微通道板工作区的通道开口面积与整个工作区面积之比。
开口面积比决定微通道板的探测效率,并在一定程度上影响微通道板的噪声因子。
微通道板的开口面积比可用下式计算:OAR =0.907(d c /P )2式中,OAR 为开口面积比;d c 为通道直径;P 为通道中心距(大的开口面积比可获得大的入射效率,从而提高探测效率)。
但若完全考虑追求大的开口面积比参数,会给微通道板的工艺制造带来非常大的困难。
通常微通道板的开口面积比为58%～63%。
但也有将微通道板输入面的通道口处理成漏斗状,使开口面积比达到70%甚至80%的。
美国的Galileo 公司曾进行过这方面的工作,但由于工艺难度大,这项技术没有进入实质性应用。
微通道板的实际探测效率比其开口面积比约高出20%。
这是由于撞击在非开口区域的电子受场强作用将有很大部分再进入相邻通道。
但是三代像增强器由于使用的是有离子阻挡层的微通道板,使微通道板探测效率有所降低。
3 增益微通道板的增益主要取决于微通道板输入面与输出面的电势差和微通道板的输入电流密度。
通过增加施加于微通道板端面间的电势差及通道内电子的撞击能量,可以获得更多的二次电子,从而使微通道获得更大的增益。
由于微通道板特殊的制造过程,使得通道内部通常吸附着大量残余气体:如H 2,H 2O ,CO 2和NO 2等。
在实际应用中,微通道板首先要经过烘烤排气和一定剂量的电子清刷等处理。
电子冲刷过程将降低微通道板通道内壁工作面的二次电子发射能力,从而降低微通道板的增益。
经过清刷处理之·26·应用光学 2004,25(5) 潘京生:微通道板及其主要特征性能后,仍然还会有一定量的气体分子残留下来。
一些吸附在靠近通道出射端的残余气体,在电场或电子撞击作用下,产生电离或脱附。
反馈离子可降低光阴极的量子转换效率。
这些反馈离子在通道内反向加速并在撞击邻近入射端的通道壁时还会产生额外的电子增益,形成背景噪声。
离子反馈的发生取决于残余气体压力和电子密度。
有外来污染物的微通道板还有可能产生自发射。
为了尽量降低微通道板产生的背景噪声,微通道板最大工作电压不得超过1000V,通常推荐的最佳工作电压为700V 。
在单通道电子倍增探测器中,离子反馈被倍增器件的弯曲螺旋形状所阻止,所有离子只能在一个很短的行程内运动并撞击通道壁。
由于缺乏足够的撞击能量,因而反馈离子不能产生二次电子。
因此,单通道电子倍增器在不受到空间电荷效应限制的情况下,其增益可达到108。
弯曲通道微通道板的设计由此得到启发,弯曲通道的微通道板可以获得106的增益并可有效抑制离子反馈和由此引发额外增益而产生的背景噪声。
因此,虽然弯曲通道微通道板应用效果非常不错,但是其制造工艺难于控制,至今仍然无法转化为批量生产和应用。
为了在不增加噪声的前提下获得更高的增益,通常采用两片微通道板的“V ”型叠加或三片微通道板“Z ”型叠加方法,如图3所示。
“V ”型叠加微通道板组件工作电压范围为1000V ～1800V ,可获得的增益为106～107,输出噪声暗点数可维持在一个相对满意的范围。
“Z ”型叠加微通道板组件工作电压范围为1500V ～2700V ,可以获得107～108的增益并且维持良好的信噪比,但是,这两种叠加方式都将损失探测器件的空间分辨率。
入射电子的撞击能量和开口面积比与增益也有着很大关系。
有效提高第一次电子撞击通道内壁概率及第一次撞击的二次电子产额将大大提高倍增器件的增益。
在三代像增强器中,为了保护Ⅲ-Ⅴ族负电子亲和势的半导体光阴极不受反馈离子的损害,在微通道板的输入面镀有一层厚度为3～5nm 的多孔状氧化铝膜,用于阻止能量低于200eV 的电子穿越,以此来阻止正离子从通道反馈而出(但这并不能阻止反馈离子在反馈过程中撞击内壁产生额外电子增益而形成的背景噪声)。
这不仅降低了微通道板的探测效果,还减小了入射电子的撞击能量,因此也在一定程度上降低了微通道板的增益。
图3 微通道板电压与增益的对比关系Fig .3 Voltage versus gain of MCP 微通道板的输入电流密度对增益也有很大影响。
当工作电压低于700V 时,微通道板的增益即输出电流密度随工作电压增加而成比例增加,此时输入电流密度对增益没有影响。
工作电压超过700V 时,微通道板的增益在一定范围内随着输入电流密度的增加而成比例增加,但当输出电流密度超过输入电流密度的5%后,输出电流密度将不再随之成比例增加,这就是微通道板的“自饱和现象”。