碳摻雜及半金屬TiO2納米管有序陣列膜的場電子發(fā)射特性研究.pdf

1、場致電子發(fā)射器件的廣泛應(yīng)用,關(guān)鍵在于尋找開啟(或閾值)電場低、發(fā)射電流密度高、場電子發(fā)射性能穩(wěn)定、壽命長的冷陰極材料。本論文,首先綜述了當(dāng)前人們在尋求場電子發(fā)射新材料方面的研究現(xiàn)狀,評述了國內(nèi)外研究者通過對現(xiàn)有材料的摻雜、修飾等改性手段以企獲得優(yōu)異的場發(fā)射冷陰極材料的最新進(jìn)展和面臨的問題;接著分析了關(guān)于TiO2納米管有序陣列膜作為場發(fā)射冷陰極材料的優(yōu)缺點(diǎn),在前人工作的基礎(chǔ)上提出了新的改性思路和途徑,并以“碳摻雜及半金屬TiO2納米管有序

2、陣列膜的場電子發(fā)射特性研究”為題,總結(jié)了筆者在攻讀碩士期間的研究工作,主要述及以下兩方面的研究成果:
　　1.采用陽極氧化法制備了TiO2納米管有序陣列膜,在550°C的條件下碳處理 TiO2納米管有序陣列膜得到了碳摻雜的 TiO2納米管有序陣列膜。并采用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X射線衍射、X射線光電子譜對其表面形貌結(jié)構(gòu)、物相結(jié)構(gòu)、成分進(jìn)行了表征。實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明,碳摻入TiO2納米管有序陣列膜極大地改進(jìn)了它的場電子發(fā)射特性,其開啟

3、電場從21.9 V/μm降低到5.0 V/μm,場發(fā)射電流密度可迅速的達(dá)到9.0 mA/cm2(電場強(qiáng)度僅為11.8 V/μm),并顯示出良好的場電子發(fā)射穩(wěn)定性。分析認(rèn)為,碳摻入TiO2納米管有序陣列膜增加了材料的電子濃度,提升了費(fèi)米能級,降低了功函數(shù),從而有效地改善了樣品的場電子發(fā)射性能。
　　2.采用陽極氧化法制備了TiO2納米管有序陣列膜,在750°C的條件下碳化處理已經(jīng)制備好的 TiO2納米管有序陣列膜,得到了具有半金屬特

4、性的 TiO2納米管有序陣列膜。研究結(jié)果表明,樣品由 TiO2相和 TiOxCy相組成,但保持了 TiO2納米管有序陣列膜完整的形貌結(jié)構(gòu);相對于純的或碳摻雜的 TiO2納米管有序陣列膜,半金屬TiO2納米管有序陣列膜的場電子發(fā)射特性得到了很大的改善,其開啟電場為3.0 V/μm,閾值電場為7.0 V/μm。分析認(rèn)為,半金屬TiO2納米管有序陣列膜場電子發(fā)射特性的改進(jìn)歸因于高溫碳化處理后其表面粗糙度增加、電導(dǎo)率提高以及費(fèi)米能級上移等因素的