高有序a-CNTs-TiO2納米管陣列的制備及其場(chǎng)發(fā)射性能研究.pdf

1、采用陽(yáng)極氧化法和高壓液相電化學(xué)方法分別制備了高度有序結(jié)構(gòu)的TiO2納米管(Titanium dioxide nanotubes。TNTs)陣列、具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的非晶碳納米管/TiO2納米管(Amorphous carbon nanotubes/Titanium dioxide nanotubes。a-CNTs/TNTs)陣列。研究了電壓和時(shí)間等條件對(duì)樣品形貌和場(chǎng)發(fā)射性能的影響規(guī)律，發(fā)現(xiàn)了有序異質(zhì)結(jié)構(gòu)a-CNTs/TNTs陣列優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性

2、能，探究了材料的場(chǎng)發(fā)射增強(qiáng)機(jī)理。本論文的主要內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　1.采用二次陽(yáng)極氧化法在以乙二醇和NH4F混合溶液中制備了高度有序的TNTs陣列。研究發(fā)現(xiàn)陽(yáng)極氧化電壓和時(shí)間對(duì)TNTs表面形貌、尺寸和場(chǎng)發(fā)射性能有重要的影響。陽(yáng)極氧化電壓為45 V，氧化時(shí)間4 h時(shí)制備的TNTs陣列表面平整均一，無(wú)絮狀物質(zhì)，納米管管口無(wú)集聚和倒伏現(xiàn)象，納米管管壁平滑。相應(yīng)地TNTs陣列具有良好的場(chǎng)發(fā)射性能。
　　2.采用高壓液相電化學(xué)的方法，

3、以甲醇為碳源，在優(yōu)化制備的TNTs陣列表面生長(zhǎng)a-CNTs，制備了高度有序的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的a-CNTs/TNTs陣列。研究了沉積電壓和時(shí)間對(duì)a-CNTs陣列生長(zhǎng)的影響規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，沉積電壓為1200 V時(shí)，由于TiO2的限域作用，碳納米顆粒沿管壁定向生長(zhǎng)形成a-CNTs結(jié)構(gòu)。隨著沉積時(shí)間增加至10 h，a-CNTs逐漸連接、填充甚至閉合，在表面層形成一層無(wú)序a-C:H層。場(chǎng)發(fā)射測(cè)試顯示，沉積電壓為1200 V，沉積時(shí)間8 h時(shí)，a-CNT

4、s/TNTs陣列具有優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能。
　　3.研究了TNTs陣列、異質(zhì)結(jié)構(gòu)的a-CNTs/TNTs陣列和非晶碳薄膜(a-C:H)的表面形貌、結(jié)構(gòu)和場(chǎng)發(fā)射性能。結(jié)果表明a-CNTs和TNTs之間形成良好的界面結(jié)合。高有序結(jié)構(gòu)的a-CNTs/TNTs場(chǎng)發(fā)射性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于單一結(jié)構(gòu)TNTs和a-C:H。場(chǎng)發(fā)射開(kāi)啟電場(chǎng)最低為2.6 V/μm；在電場(chǎng)強(qiáng)度為5.2 V/μm時(shí)達(dá)到最大發(fā)射電流密度為14 mA/cm2。研究發(fā)現(xiàn)，高度有序異質(zhì)結(jié)構(gòu)的