制备青瓷矿电子源并估算其亮度

本方案旨在说明如何制备青金石电子源。此类电子源具有较长的使用寿命，其亮度与填充式金属发射尖端相当。在投影显微镜中使用该青金石电子源，并结合静电透镜，可实现较大的源物距离工作条件。

通过减小物体上的局部场效应，可防止源的崩溃风险和图像畸变。开始此操作时，将源插入内径为90微米的不锈钢管中。将直径为50微米的钨丝插入管内，并在刀片下滚动管子，将其切割至所需长度。

在光学显微镜下固定源极支撑部分。将一根10微米的碳纤维插入不锈钢管中，并用银漆将碳纤维粘接到管上。

在双目显微镜下，使用剪切镊子剪断纤维，使纤维在不锈钢管外保留100微米至3毫米的长度。接着，用研钵和研杵研磨海绿石。称取0.2毫克海绿石粉末，并将其溶于10毫升去离子水中。

将超声探头直接放入含有海绿石的水中，使用30千赫的超声频率和50瓦的功率超声处理30秒，以打散聚集体。为准备沉积环境，将毛细管固定器连接至压力控制器。在配备多向微操纵器的光学显微镜下固定毛细管固定器。

将支撑物置于显微镜下，使碳纤维面向毛细管夹持器。接着，将一根玻璃毛细管固定在极性夹具中。根据文本方案中的表一，确保极性参数根据膜片电极的尺寸正确设置，并拉制一根末端内径在2至10微米之间的微电极，以允许分散的海绿石无阻碍地流动。

然后，用含有海绿石的水填充微量移液器。在显微镜下，将微量移液器安装到毛细管固定架上，并使其与碳纤维对齐。增加微量移液器宽端的压力，使液体在其出口处形成液滴但不滴落。

将碳纤维向上移动至接触液滴，使液滴润湿碳纤维的尖端。随后，收回碳纤维。在显微镜下，将源插入源支撑座中。

在真空环境下安装源支架。将碳纤维和样品分别连接到两个高压电极引线端。检查每个接触点的电路连通性，并将法兰安装到实验装置上。

此后，开启真空抽气。在样品与电性接地之间连接一个量程为微安范围的纳米安培计。以大约每秒一伏的速度缓慢增加施加到源极的负偏置电压。

如果阳极距离源一毫米，则当电压升至约两千伏时，电流强度会突然增加，此时开始发射。随后立即降低电压，使电流强度稳定在数百纳安的水平。在初始阶段，电流强度可能在多个数量级范围内波动。

强度可能会波动数小时。等待波动减小至低于10%后再切断电压。开始时，使用旋转法兰将光源转向简易投影装置，以观察电子束。

使用显微操作器减小源到屏幕的距离，使整个光斑落在屏幕上。测量源到屏幕的距离。通过旋转法兰改变电子束与屏幕法线之间的角度，并拍摄屏幕图像。

沿一个轴绘制灰度强度分布曲线，并根据给定的源到屏幕距离确定发射半径。按照文本实验方案中所述方法计算锥角。随后，在阳极测量发射强度随施加于源端的电压的变化关系，同时记录施加在碳纤维上的电压。

根据文本方案，创建针绿泥石源的福勒-诺德海姆（Fowler-Nordheim）图。该曲线在最高电压下将显示一条随饱和而下降的直线。最长的直线是场致发射过程的特征标志。

为测量光源尺寸，使用旋转法兰将光源转向静电透镜。调节强度，使在最高放大倍数下仍能获得信号。先用 L1 进行初次放大，然后将物体向光源方向移动。

最后，激活 L2 以生成一幅投影图像，该图像在物体边缘包含一个巨大的菲涅耳衍射图案。在屏幕上测量图像中可见的最清晰细节，并根据文本方案中所述方法计算光源尺寸。在 15 千伏或 3 千伏条件下，获得了多张青瓷石沉积在碳纤维上的扫描电子显微镜图像。

源的顶端通常有一个，有时有两个晶体。然而，使用扫描电镜（SEM）需要将碳纤维固定在另一种支撑物上，而这种支撑物在安装和拆卸过程中容易损坏。因此，尝试直接电子发射更为安全。

在投影显微镜中进行的测试表明，以这种方式制备的每个光源均能发射。启动仅需进行一次。这些光源中的大多数显示出一个单一的点光源。

发射轮廓显示仅有一个连续的图像，无其他光斑。福勒-诺德海姆图显示出10个数量级的直线段以及在较高电压下的饱和现象。对于给定电压，所获得的饱和区域取决于结构，但当电流强度从约10微安升高时，斜率系统性地减小。

随后通过测量所生成图像上的最小细节来估算光源尺寸。该图像为物体的菲涅尔衍射图样。此处，干涉条纹的消失归因于光源的尺寸。

在本方案中，最重要的是在尖端状导体的顶端获得一块青瓷石单晶，以便能够将样品靠近光源进行成像。其中关键步骤是在光纤顶端沉积一滴浓度适宜的含青瓷石水溶液。在配备静电透镜的投影显微镜中使用这种青瓷石电子源，可实现较大的光源与样品之间的距离。

这使得开发离轴自显影技术成为可能，从而能够探测纳米级物体周围的磁场和电场。