CNTs/TiO2/Ti纳米复合结构及其场致电子发射特性研究

摘要

场致电子发射已被应用于平板显示器、微传感器、电子显微镜等器件,而这类场发射器件的关键在于研制高效、稳定、均匀的场致电子发射冷阴极。因此,近年来人们不断尝试由多种纳米材料(如金属、半导体、碳化物、氧化物、碳基材料及其复合材料等)制备场致电子发射冷阴极,以寻求功函数低、传导性好、场增强因子高、发射电流密度大且性能稳定的场发射材料。
　　本论文基于我们研究小组已有研究工作的基础,经过大量的文献调研,在导师的指导下,确定以“CNTs/TiO2/Ti纳米复合结构及其场致电子发射特性研究”为课题开展了较为深入的研究工作。论文主要述及以下两方面的研究工作:
　　(1)采用阳极氧化法,在HF溶液(0.5wt％)中,固定阳极电压(15V),以不同的氧化时间分别制备了形貌各异的系列TiO2/Ti纳米管阵列膜。通过对样品形貌和物相的表征以及场电子发射特性的测试,其结果表明,对氧化时间的调节可改变TiO2纳米管阵列膜的形貌,进而改善其场电子发射性能。调节到适当的氧化时间,可得到结构参数优化的TiO2纳米管阵列膜,使其开启电场降低至4.6V/μm,场增强因子高达1150。
　　(2)用化学气相沉积(CVD)工艺,在TiO2/Ti纳米管阵列膜内生长碳纳米管(CNTs),形成CNTs/TiO2/Ti纳米复合结构。固定其它工艺参数不变,专门考察了生长时间对该复合结构的场致电子发射性能的影响。通过对样品形貌和物相的表征以及场电子发射特性的测试,其结果表明,一方面,CNTs/TiO2/Ti纳米复合结构比TiO2/Ti纳米管阵列显示出更优越的场发射特性;另一方面,CNTs的生长时间对复合结构的场发射有很大的影响。当CNTs的生长时间为60min时复合结构显示出最好的场发射性能,其开启电场为1.3V/μm,当外加电场为5.6V/μm时场发射电流密度可高达10mA/cm2,并且场发射性能稳定。

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第一章 绪论

1.1 场致电子发射的研究现状

1.2 本论文的课题背景及研究意义

第二章 场致电子发射的基本理论

2.1 固体表面势垒与电子发射

2.2 影响场致电子发射的主要因素

2.3 场致电子发射的评价参数

2.4 场发射测试系统

第三章 不同形貌的TiO2/Ti纳米管阵列的场发射特性研究

3.1 TiO2/Ti纳米管阵列的研究现状及意义

3.2 不同形貌的TiO2/Ti纳米管阵列的制备及表征

3.3 TiO2/Ti纳米管阵列的场致电子发射特性测试

3.4 TiO2/Ti纳米管阵列的场致电子发射性能分析

3.5 本章小结

第四章 CNTs/TiO2/Ti纳米复合结构的制备及其场发射特性

4.1 CNTs/TiO2/Ti纳米复合结构的研究意义

4.2 CNTs/TiO2/Ti纳米复合结构的制备及表征

4.3 CNTs/TiO2/Ti纳米复合结构的场致电子发射性能测试

4.4 CNTs/TiO2/Ti纳米复合结构场致电子发射性能分析

4.5 本章小结

参考文献

第五章 总结和展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢