Diepgang tutorial: de fundamentele beginselen van elektronenemissie begrijpen

Basisonderdeel van elektronenemissie

Het fenomeen van het emitteren van elektronen van het materiaaloppervlak in de omgeving door gebruik te maken van specifieke externe energie, heet elektronenemissie. Zoals we weten, is elk metaal opgebouwd uit atomen die in kristalvorm zeer strak aan elkaar gebonden zijn. Alle elektronen zijn gebonden door hun atoomwerking. Elektronische apparaten gebruiken vrije elektronen om de stroom door zichzelf te laten vloeien. Valentie-elektronen zijn die elektronen die in hun buitenste schil draaien. Deze elektronen zijn gebonden aan het metaal. Het vereist voldoende externe energie om van het materiaaloppervlak te ontsnappen. Nu is de maximale externe energie die nodig is voor de oppervlakte-elektronen om te emitteren van een materiaaloppervlak bij 0°C de werkfunctie.

Leer hoe je emissie van elektronen van het lichamoppervlak kunt onderzoeken

Elektronenemissie kan via verschillende externe methodes worden bereikt, afhankelijk van de situatie en verschillende apparaten. De meest voorkomende en eenvoudige techniek voor elektronenemissie is thermionische emissie / primaire emissie. Bij deze methode wordt thermische energie toegepast op de oppervlakte-elektronen van het materiaal. Door thermische energie te absorberen, neemt de kinetische energie van de elektronen toe en daalt de weerstandskracht van de elektronen door de verandering in kinetische energie. Deze energiemissiemethode wordt doorgaans toegepast op metalen wanneer ze in vacuüm of inerte gassen worden gebracht. Voor een hoge-efficiënte thermionische emitter moet de werkfunctie laag zijn, zodat het bij lage temperatuur kan werken. De tweede methode van elektronenemissie wordt bereikt door een mechanische botsing van elektronen. Wanneer een bewegend deeltje (primaire elektron) met een bepaalde snelheid botst met de oppervlakte-elektronen van een materiaal, overdraagt het bewegende elektron zijn energie aan het stilstaande elektron door de fysieke botsing. Dit verhoogt de kinetische energie van het oppervlakte-elektron, wat ertoe neigt van het oppervlak te bewegen, een secundair elektron genoemd. Secundaire emissie kan beïnvloed worden door factoren zoals primaire elektronenenergie, emitterend materiaal, botsende elektronenmassa, type primaire elektronen, doelwitmateriaaloppervlak en botsingshoek. Zie de onderstaande figuren respectievelijk.
Emissie van een elektron van het metallisch oppervlak

Op dezelfde manier kan elektronenemissie plaatsvinden door lichteffect. Deze methode wordt veel gebruikt in fotobuizen. Als licht invalt op een lichtgevoelig materiaal (kalium, radium, etc.), absorberen de oppervlakte-elektronen lichtenergie, wat resulteert in een toename van de kinetische energie van een elektron en begint te emitteren boven het oppervlak. Deze specifieke techniek van elektronenemissie heet foto-elektrische emissie. Enkele sleutelfactoren die betrokken zijn bij foto-elektrische emissie en het proces kunnen beïnvloeden: foto-elektrische emissie start en stopt direct met de invallende licht op het oppervlak, stralingsfrequentie, foto-elektronenemissie vereist verschillende lichtfrequenties voor verschillende materialen en de kinetische energie van de geëmiteerde elektronen is onafhankelijk van de lichtflux. De lichtfrequentie mag niet lager zijn dan de drempelfrequentie. Er is nog een andere techniek voor elektronenemissie genaamd veldemissie/koude-kathode-emissie. Aangezien elektronen negatief geladen deeltjes zijn, als we een hoog positief veld in de buurt van het oppervlak van een materiaal brengen, zullen de oppervlakte-elektronen die aantrekkingsenergie absorberen en de elektronen neigen te bewegen van het materiaaloppervlak naar de omgeving. Hoe hoger we het positieve elektrische veld aanbieden, hoe hoger de elektronenemissie zal zijn. Als de externe veldintensiteit oplooft tot 10⁶ V/cm, zal de elektronenemissiesnelheid enorm toenemen. Een ander punt om te onthouden is dat koude-kathode-emissie niet afhangt van temperatuur, maar de toegepaste positieve potentieel moet hoger zijn dan een drempelspanning. Alle elektronenemissieprocessen worden in verschillende apparaten gebruikt zoals kathodestraalbuizen, Röntgen, medische apparatuur, etc. Volgend de processen, zie de onderstaande diagrammen.