表面微孔阵列结构调控二次电子发射特性研究

固体介质的二次电子发射受到材料成分、元素构成、表面状况等因素影响,其中表面状况对于二次电子发射系数起着至关重要的作用,表面微结构调控入射电子在材料表面的运动状态和碰撞频率,进而影响二次电子发射。基于粒子路径追踪算法,建立了一次电子与材料表面碰撞模型,研究了微孔阵列结构参数对二次电子发射系数的调控机制,分析了微孔阵列单元深度、孔径和面积占比的影响规律。研究发现,通过设置合理的结构单元深度和宽度,可以实现对二次电子发射系数的调节。单元孔径宽度为2mm、深度为5mm、数目为169时,二次电子发射系数降低了57%。研究结论可为脉冲功率、航天领域的沿面放电机理分析和抑制提供理论和数据支撑。     

基于机器学习的二次电子发射唯象模型

基于机器学习和深度人工神经网络(artificial neural network, ANN)提出一种二次电子发射唯象模型。利用Vaughan模型生成先验数据集,用于训练生成描述二次电子发射一般规律的先验知识ANN模型,并在不同参数条件下验证了先验知识ANN模型的正确性。然后,分别利用银和铝合金材料的二次电子发射系数实验数据修正先验知识ANN模型,分别得到了描述两种材料的特异ANN模型。测试结果表明,特异ANN模型计算结果与实验结果相比的平均绝对误差较Vaughan模型和Furman模型降低了30%以上,与复合唯象模型精度相当或更高。在小样本条件下测试了二次电子发射ANN模型的正确性,验证了分步训练方式的有效性和二次电子发射ANN模型对于小样本集的适应性。提出的基于机器学习的二次电子发射唯象模型能够避免复杂的参数修正过程,能够基于先验知识提升模型对于小样本的适应性,能够实现二次电子发射系数的连续插值,适于在数值模拟软件中使用。     

二次电子发射研究进展及其空间应用

由二次电子发射引发的微放电效应是严重影响星载微波部件性能和安全的瓶颈问题之一。针对星载微波部件微放电的研究及应用需求,对国内外二次电子发射的研究进展进行了系统梳理,介绍了二次电子发射模型、仿真分析方法、测试装置及实验研究,以及在微波射频器件及航天器充放电方面的应用研究,总结了主要的研究结论。在此基础上提出了发展建议,以期对国内的二次电子发射及微放电研究的推进提供参考。     

空间金属材料的二次电子发射系数测量研究

空间金属材料的二次电子发射系数是表征空间飞行器大功率微波部件微放电的重要参数,也是空间飞行器大功率微波部件的选材、分析与设计的重要依据。为了准确测量空间金属材料的二次电子发射系数,搭建了专门的测量平台。文章介绍了空间金属材料的二次电子发射系数测量原理、测量平台的结构组成,实验测量结果表明该测量平台能够准确的测量空间金属材料的二次电子发射系数。     

多层薄膜的二次电子发射蒙特卡罗模拟研究

为了深入研究多层薄膜材料中二次电子发射这一影响部件微放电效应的重要物理过程,基于金属表面多代二次电子发射蒙特卡罗模型,建立了多层薄膜二次电子发射蒙特卡罗模型,并构建了多层薄膜的平面和矩形沟槽这两种表面结构。通过对这两种表面的多层薄膜二次电子发射系数进行蒙特卡罗模拟,并对不同薄膜厚度的二次电子发射系数模拟结果进行分析,验证了多层薄膜抑制二次电子产额的实验效果,并得出抑制效果与多层薄膜厚度和表面结构有关的结论。     

基于等效电路模型的介质材料二次电子发射系数研究

材料表面的二次电子发射过程是空间大功率微波射频器件微放电效应的触发与维持机制。微放电效应是限制空间大功率微波部件应用的关键问题之一。因此,对材料二次电子发射特性的研究与表征非常重要。为正确理解电子辐照下介质样品的充放电过程,文章提出一种基于等效电路模型的理论模型对二次电子发射特性进行表征。针对不同电导率样品进行仿真验证以证实该电路模型的有效性。仿真结果与理论分析结果相符。     

负电子亲和半导体的二次电子发射

根据0.8keV≤Epomax≤5keV的负电子亲和(negative electron affinity,NEA)半导体二次电子发射(secondary electron emission,SEE)的特性,初级电子产额R,现有的次级电子产额δ的通用公式和实验数据,分别推导并实验证明了NEA金刚石的δ在0.5Epomax≤Epo≤10Epomax, GaN在2keV≤Epomax≤5keV, NEA金刚石的δ在08keV≤Epo≤3keV, GaN在08keV≤Epomax≤2keV的特殊公式;其中Epomax为δ达到最大值时的Epo, Epo为初级电子入射能。推导出了08keV≤Epomax≤5keV时NEA半导体的内部二次电子到达发射极表面后逃逸到真空中的概率B。还提出了计算08keV≤Epomax≤5keV NEA半导体1/α的方法;其中1/α为二次电子的平均逃逸深度。分析结果表明,B和1/α的理论研究有助于研究不同样品制备方法对NEA半导体中SEE的定量影响,从而生产出理想的NEA发射体,如NEA金刚石。     

钛掺杂氧化镁薄膜二次电子发射倍增特性研究

氧化镁具有较高的二次电子发射系数,适合作为制备多级放大装置的二次电子发射材料。文章采用磁控溅射法制备高质量氧化镁薄膜和钛掺杂氧化镁薄膜,并对薄膜进行形貌表征,研究其二次电子发射倍增特性,包括氧化镁薄膜电子倍增器的增益特性以及增益衰减情况。结果表明：高压源电压和电流的增大均可提高电子倍增器的电流增益倍数;掺杂Ti不仅能提高电子倍增器的增益效能,且相比纯氧化镁薄膜,钛掺杂氧化镁薄膜的增益衰减明显放缓,能够将倍增器的寿命延长2倍以上。     

碳/钛复合薄膜结构二次电子发射规律

随着我国航天事业的发展,航天器中搭载的微波部件趋于小型化、集成化,而由此带来的微放电效应愈发显著,如何有效抑制微放电效应已成为当前研究的热点。文章使用磁控溅射技术制备了不同掺杂比例的钛/碳复合薄膜。对薄膜样品进行形貌、拉曼光谱及二次电子发射特性的测试分析。结果表明：随着金属钛掺杂比例的提高,薄膜按照柱状结构生长的规律越明显,致密度和平整度越好。结合测试结果及相关理论分析薄膜作用的机理,在碳/钛原子比为0.764时,复合薄膜的最大二次电子发射系数为1.40。碳/钛纳米复合薄膜对微放电效应具有良好的抑制效果,且具有大面积制备及工艺简单等特点。有助于未来有效载荷系统向高功率、高频段、集成化的方向发展。     

二次电子发射对稳态等离子体推进器加速通道鞘层的影响

稳态等离子体推进器( Stationary Plasma Thruster,SPT)工作时产生的高密度等离子体遇到其加速通道陶瓷器壁时,在陶瓷器壁与等离子体之间形成鞘层.离子会在鞘层电场作用下到达SPT加速通道器壁表面进而复合,而等离子体中的电子由于具有高能可跃过鞘层电场轰击器壁表面,从而产生二次电子发射效应.从器壁表面发射出的二次电子由于受到鞘层电场的排斥,导致其向等离子体源区移动,进而影响等离子体鞘层的特性.建立了考虑二次电子发射效应的无碰撞等离子体鞘层的一维流体模型,研究了二次电子发射对SPT加速通道鞘层特性的影响.计算结果显示,随二次电子发射系数增加,鞘层电势、离子密度、电子密度和二次电子密度增加,而离子速度降低,鞘层中离子密度始终大于电子密度.鞘层中二次电子绝大多数集中在器壁附近,随二次电子穿越鞘层厚度的增加,二次电子密度快速下降.     

影响星载微波部件微放电阈值的Furman模型研究

星载微波部件的微放电效应是影响航天器微波传输系统独特的瓶颈问题之一。以星载微波部件微放电阈值仿真中广泛使用的Furman模型为研究对象,以平行平板传输线为例,研究并获得了Furman模型中本征二次电子、弹性散射电子、非弹性散射电子3类电子的模型参量对微放电阈值的影响规律,并通过对总二次电子发射系数的影响合理解释了微放电阈值的变化规律,为星载微波部件微放电阈值的精确仿真提供了规律指导。     

多层球形二次电子测量装置的栅网电子透过率仿真研究

精确测量材料的二次电子发射系数（SEY）对研究航天器表面材料充放电具有重要意义。在二次电子测量装置中,栅网电子透过率是影响材料SEY测量精度的重要参数。文章通过仿真计算对一种多层球形SEY测量装置中影响栅网电子透过率的因素进行研究,并对栅网网格参数进行优化。结果表明：栅网偏压对栅网电子透过率的影响较小;栅网网格参数是影响栅网电子透过率的主要因素,栅网线径为0.025 mm、格线间距为1 mm时栅网电子透过率达到最大。研究可为优化SEY测量装置设计提供参考。     

金属柱状阵列结构二次电子发射系数模拟研究

二次电子发射系数（secondary electron yield,SEY）的抑制对提高空间大功率微波部件的微放电阈值、降低粒子加速器发生电子云效应的风险等具有重要意义。针对现有圆柱形柱状阵列SEY抑制方法,未考虑实际加工工艺可能导致柱体形貌偏差,进而影响SEY抑制效应的问题,结合二次电子发射唯象概率模型和电子运动轨迹射线追踪法,研究了圆形、方形、圆锥形、截断圆锥形、方锥形、沙漏形及螺纹形柱状阵列的SEY。模拟结果表明：与理想圆柱形柱状阵列相比,方形、方锥形、螺纹形柱状阵列的SEY抑制效应与圆柱阵列基本相同（差异小于~6%）,而其余几种形状的柱状阵列的SEY抑制效应略逊于理想圆柱阵列。因此,从SEY抑制效应角度看,圆柱形柱状阵列具有较好的工艺容差性能。研究结果为柱状阵列结构在SEY抑制领域的工程化研究与应用提供了参考。     

欧洲空间标准化组织微放电研究进展及启示

航天器的工作离不开大功率信号的传输,而微放电效应是严重影响星载微波部件性能和安全的瓶颈问题之一,消除微放电效应可称得上是大功率设计的必经之路,因此大功率微波部件在随卫星发射之前需要进行严格的微放电测试验证。欧洲空间标准化组织在2003年的系列标准中首次添加了微放电检测部分,建立起微放电分析和检测的大纲雏形,经过数年的技术发展,微放电手册版本更新修订,不断完善分析检测方法,相关影响因素、操作流程及注意事项。以欧洲最新微放电手册为例,介绍了微放电相关技术的进展,列举了常用的微放电设计分析方法,微放电检测方法和测试流程,同时介绍了二次电子的检测部分,可为微放电相关研究提供参考借鉴。