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Publicação
LOW TOTAL ELECTRON YIELD N-DOPED GRAPHENE COATINGS PRODUCED BY ELECTROPHORETIC DEPOSITION
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 9.17 MB | Adobe PDF |
Autores
Orientador(es)
Resumo(s)
Low secondary electron emission (SEE) materials have gained significant attention in recent
years, particularly in aerospace technologies, such as RF devices for satellite communications,
and in fundamental particle physics studies. In high-intensity particle accelerators
such as the High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) at CERN, materials
with low SEE are crucial for mitigating electron cloud formation, thereby enabling
higher maximum beam intensities, improved thermal conditions, and more reliable experimental
results. This phenomenon results from the multipacting effect: electrons are
generated either through ionization of the residual gas or via the photoelectric effect induced
by synchrotron radiation. These high-energy electrons subsequently collide with
the accelerator walls, producing secondary electrons. The electric field, produced by the
bunches of positive particles, accelerates these secondary electrons, triggering a localized
avalanche. The most common strategy to reduce the electron cloud formation is to coat
the inner walls of accelerators with low Total Electron Yield (TEY) materials. Graphene
is a promising candidate due to its inherently low SEE and surface roughness, which further
reduces TEY. Recent studies revealed that nitrogen doping into graphene can lower
its Secondary Electron Yield (SEY) even further, while also mitigating aging effects caused
by repeated exposure to air. In this project, N-doped graphene free-standing powder was
deposited onto metallic substrates, similar to those used as accelerator inner walls, using
electrophoretic deposition (EPD). This technique was chosen for its ability to preserve
the material’s original properties while offering a simple and cost-effective deposition
method. Following the sample preparation, X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was
used to characterize the samples in terms of surface chemical composition, while TEY
measurements were performed. This allowed the identification of optimal deposition parameters
and enabled the establishment of correlations between material characteristics
and the TEY performance.
Materiais com baixa Emissão de Eletrões Secundários (SEE) têm ganho uma atenção significativa nos últimos anos, particularmente em tecnologias aeroespaciais, como dispositivos de RF para comunicações por satélite, e em estudos fundamentais de física de partículas. Em aceleradores de partículas de alta intensidade, como o High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) do CERN, materiais com baixa SEE são cruciais para mitigar a formação de nuvens de eletrões, permitindo assim maiores intensidades máximas de feixe, melhores condições térmicas e resultados experimentais mais fiáveis. Este fenómeno resulta do efeito de multipacting: os eletrões são gerados quer através da ionização do gás residual, quer pelo efeito fotoelétrico induzido pela radiação sincrotrão. Estes eletrões de alta energia colidem subsequentemente com as paredes do acelerador, produzindo eletrões secundários. O campo elétrico, gerado pelos feixes de partículas positivas, acelera estes eletrões secundários, desencadeando uma avalanche localizada. A estratégia mais comum para reduzir a formação de nuvens de eletrões consiste em revestir as paredes internas dos aceleradores com materiais de baixo Total Electron Yield (TEY). O grafeno surge como um candidato promissor devido à sua baixa SEE e à sua rugosidade superficial, que contribui para uma redução adicional do TEY. Estudos recentes revelaram que a dopagem do grafeno com azoto pode reduzir ainda mais a sua Secondary Electron Yield (SEY), ao mesmo tempo que mitiga os efeitos de envelhecimento causados por exposições repetidas ao ar. Neste projeto, pó de grafeno dopado com azoto, foi depositado sobre substratos metálicos semelhantes aos utilizados nas paredes internas dos aceleradores, através do método de deposição eletroforética (EPD). Esta técnica foi escolhida pela sua capacidade de preservar as propriedades originais do material, oferecendo simultaneamente um método de deposição simples e económico. Após a preparação das amostras, foi utilizada Espetroscopia de Fotoeletrões por Raios-X (XPS) para caracterizar a composição química superficial, e medido o TEY. Estes procedimentos permitiram identificar os parâmetros de deposição ótimos e estabelecer correlações entre as características do material e o seu TEY.
Materiais com baixa Emissão de Eletrões Secundários (SEE) têm ganho uma atenção significativa nos últimos anos, particularmente em tecnologias aeroespaciais, como dispositivos de RF para comunicações por satélite, e em estudos fundamentais de física de partículas. Em aceleradores de partículas de alta intensidade, como o High Luminosity Large Hadron Collider (HL-LHC) do CERN, materiais com baixa SEE são cruciais para mitigar a formação de nuvens de eletrões, permitindo assim maiores intensidades máximas de feixe, melhores condições térmicas e resultados experimentais mais fiáveis. Este fenómeno resulta do efeito de multipacting: os eletrões são gerados quer através da ionização do gás residual, quer pelo efeito fotoelétrico induzido pela radiação sincrotrão. Estes eletrões de alta energia colidem subsequentemente com as paredes do acelerador, produzindo eletrões secundários. O campo elétrico, gerado pelos feixes de partículas positivas, acelera estes eletrões secundários, desencadeando uma avalanche localizada. A estratégia mais comum para reduzir a formação de nuvens de eletrões consiste em revestir as paredes internas dos aceleradores com materiais de baixo Total Electron Yield (TEY). O grafeno surge como um candidato promissor devido à sua baixa SEE e à sua rugosidade superficial, que contribui para uma redução adicional do TEY. Estudos recentes revelaram que a dopagem do grafeno com azoto pode reduzir ainda mais a sua Secondary Electron Yield (SEY), ao mesmo tempo que mitiga os efeitos de envelhecimento causados por exposições repetidas ao ar. Neste projeto, pó de grafeno dopado com azoto, foi depositado sobre substratos metálicos semelhantes aos utilizados nas paredes internas dos aceleradores, através do método de deposição eletroforética (EPD). Esta técnica foi escolhida pela sua capacidade de preservar as propriedades originais do material, oferecendo simultaneamente um método de deposição simples e económico. Após a preparação das amostras, foi utilizada Espetroscopia de Fotoeletrões por Raios-X (XPS) para caracterizar a composição química superficial, e medido o TEY. Estes procedimentos permitiram identificar os parâmetros de deposição ótimos e estabelecer correlações entre as características do material e o seu TEY.
Descrição
Palavras-chave
Secondary Electron Emission Total Electron Yield Particle Accelerators Electron Cloud Graphene Nitrogen Doping