Full static x-ray computed tomography (CT) technology has enabled higher precision and resolution imaging and has been applied in many applications such as diagnostic medical imaging, industrial inspection and security screening. In this technique, the x-ray source section is mainly composed of a thermionic cathode and electron beam scanning system. However, they have several shortcomings such as limited scanning angle, long response time and large volume. Distributed and programmable cold cathode (i.e. carbon nanotubes, ZnO nanowires (NWs)) field-emission x-ray sources are expected to solve these problems. However, there have been several long-standing challenges to the application of such cold field emitters for x-ray sources, such as the short lifetime and rigorous fabrication process, which have fundamentally prevented their widespread use. Here, we propose and demonstrate a cold field-emission x-ray source based on a graphene oxide (GO)-coated cuprous sulfide nanowire (Cu2S NW/GO) cathode. The proposed Cu2S NW/GO x-ray source provides stable emission (>18 h at a direct voltage of 2600 V) and has a low threshold (4.5 MV m-1 for obtaining a current density of 1 μA cm-2), benefiting from the demonstrated key features such as in situ epitaxy growth of Cu2S NWs on Cu, nanometer-scale sharp protrusions within GO and charge transfer between the Cu2S NWs and GO layer. Our research provides a simple and robust method to obtain a high-performance cold field emitter, leading to great potential for the next generation of x-ray source and CT.

中文翻译：

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基于在铜膜上生长的氧化石墨烯涂覆的 Cu2S 纳米线的高性能 X 射线源

全静态 X 射线计算机断层扫描 (CT) 技术实现了更高的精度和分辨率成像，并已应用于诊断医学成像、工业检查和安全检查等许多应用。在该技术中，X 射线源部分主要由热离子阴极和电子束扫描系统组成。但它们存在扫描角度有限、响应时间长、体积大等缺点。分布式和可编程冷阴极（即碳纳米管、ZnO 纳米线 (NW)）场发射 X 射线源有望解决这些问题。然而，这种冷场发射器在 X 射线源中的应用存在一些长期挑战，例如寿命短和制造工艺严格，这从根本上阻止了它们的广泛使用。在这里，我们提出并展示了一种基于氧化石墨烯 (GO) 涂层硫化亚铜纳米线 (Cu2S NW/GO) 阴极的冷场发射 X 射线源。所提出的 Cu2S NW/GO x 射线源提供稳定的发射（在 2600 V 直流电压下 >18 小时）并且具有低阈值（4.5 MV m-1，用于获得 1 μA cm-2 的电流密度），有利于来自已证明的关键特征，例如 Cu 上 Cu2S NW 的原位外延生长、GO 内的纳米级尖锐突起以及 Cu2S NW 和 GO 层之间的电荷转移。我们的研究提供了一种简单而可靠的方法来获得高性能冷场发射器，为下一代 X 射线源和 CT 带来巨大潜力。所提出的 Cu2S NW/GO x 射线源提供稳定的发射（在 2600 V 直流电压下 >18 小时）并且具有低阈值（4.5 MV m-1，用于获得 1 μA cm-2 的电流密度），有利于来自已证明的关键特征，例如 Cu 上 Cu2S NW 的原位外延生长、GO 内的纳米级尖锐突起以及 Cu2S NW 和 GO 层之间的电荷转移。我们的研究提供了一种简单而可靠的方法来获得高性能冷场发射器，为下一代 X 射线源和 CT 带来巨大潜力。所提出的 Cu2S NW/GO x 射线源提供稳定的发射（在 2600 V 直流电压下 >18 小时）并且具有低阈值（4.5 MV m-1，用于获得 1 μA cm-2 的电流密度），有利于来自已证明的关键特征，例如 Cu 上 Cu2S NW 的原位外延生长、GO 内的纳米级尖锐突起以及 Cu2S NW 和 GO 层之间的电荷转移。我们的研究提供了一种简单而可靠的方法来获得高性能冷场发射器，为下一代 X 射线源和 CT 带来巨大潜力。GO 内的纳米级尖锐突起以及 Cu2S NW 和 GO 层之间的电荷转移。我们的研究提供了一种简单而可靠的方法来获得高性能冷场发射器，为下一代 X 射线源和 CT 带来巨大潜力。GO 内的纳米级尖锐突起以及 Cu2S NW 和 GO 层之间的电荷转移。我们的研究提供了一种简单而可靠的方法来获得高性能冷场发射器，为下一代 X 射线源和 CT 带来巨大潜力。