SiC低维纳米材料表面修饰及其场发射性能研究

摘要

本文以具有优异场发射性能的SiC阴极材料研发为目标，依据局域场增强效应、增加发射点密度和降低功函数等原理，分别采用离子溅射法和气相沉积技术，实现SiC低维纳米材料的金属纳米颗粒表面修饰。系统评价了金属纳米颗粒修饰前后SiC低维纳米结构的场发射特性，研究了金属纳米颗粒修饰对SiC场发射阴极开启电场、阈值电场以及电子发射稳定性的影响及其机理，实现了具有优良场发射性能的SiC阴极材料研发。
　　本研究主要内容包括：⑴采用催化剂辅助有机前驱体热解法，以聚硅氮烷(Polysilazane:PSN)为原料，以N2/Ar混合气体为保护气氛，以碳纤维布为衬底，实现了具有N元素掺杂的SiC纳米线制备。结果表明，所制备的单晶SiC纳米线沿[111]方向生长，遵循气-液-固（VLS）生长机理。⑵采用离子溅射技术，实现了SiC纳米线的Au纳米颗粒表面修饰，并通过控制溅射时间，达到Au纳米颗粒修饰密度的调控。结果表明，经Au纳米颗粒表面修饰的SiC纳米线，其开启电场得到了大幅度降低。溅射时间为15s时，与未修饰的SiC纳米线相比，金纳米颗粒修饰的SiC纳米线的开启电场从2.1降至1.14V/μm，阈值电场从2.75降低到1.75V/μm，场增强因子从1150提高到至6624。其场发射性能的提高，主要归因于金纳米颗粒能够有效强化SiC场发射阴极材料的局域场增强效应，增加其电子发射点密度，并降低其功函数。⑶采用气相沉积技术，实现了SiC纳米线的Mg纳米颗粒表面修饰。研究结果表明，经Mg纳米颗粒修饰的SiC纳米线场发射阴极材料，与未经修饰的SiC纳米线相比，其电子发射稳定性得到了大幅度改善，电流发射的波动从14％降低至4%，主要归因于电子发射点密度增加和静电屏蔽效应的协同作用。

目录

声明

1 绪论

1.1 场发射基本理论简介及应用

1.2 场发射阴极材料的研究进展

1.3 SiC场发射阴极材料研究进展

1.4 选题背景及其课题创新性

2 实验方法、研究内容及分析方法

2.1 实验方案

2.2 研究内容

3 金纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备及其场发射性能特性

3.1 前言

3.2 实验内容

3.3 金纳米颗粒修饰SiC纳米线的结构表征分析

3.4 金纳米颗粒修饰SiC纳米线的场发射特性

3.5 小结

4. 镁纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备及其场发射特性

4.1 前言

4.2 实验内容

4.3 镁纳米颗粒修饰SiC纳米线结构表征分析

4.4 镁纳米颗粒修饰SiC纳米线的场发射特性

4.5 小结

5.结论

致谢

参考文献

附录