SiC低维纳米材料表面修饰及其场发射性能研究

发布时间：2017-07-16 09:31

  本文关键词：SiC低维纳米材料表面修饰及其场发射性能研究

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【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。论文工作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。综合本论文工作,获得以下研究成果:1.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。研究结果表明,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。2.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。研究结果表明,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15 s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1.75 V/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。3.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。
【关键词】：有机前驱体 高温热解 SiC纳米线 表面修饰 场发射性能
【学位授予单位】：景德镇陶瓷大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ127.2;TB383.1
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-31
• 1.1 场发射基本理论简介及应用8-14
• 1.1.1 场发射理论8-9
• 1.1.2 场发射影响因素9-10
• 1.1.3 场发射性能测试及表征10-11
• 1.1.4 场发射理论的应用11-14
• 1.2 场发射阴极材料的研究进展14-24
• 1.2.1 场发射阴极材料的研究概况14
• 1.2.2 场发射阴极材料的基本特性14-15
• 1.2.3 表面修饰低维纳米场发射阴极材料的研究进展15-24
• 1.2.3.1 非金属修饰低维纳米场发射阴极材料研究进展15-19
• 1.2.3.2 金属修饰低维纳米场发射阴极材料研究进展19-24
• 1.3 SiC场发射阴极材料研究进展24-29
• 1.3.1 SiC纳米材料基本特性简介24-25
• 1.3.2 SiC低维纳米场发射阴极材料研究进展25-29
• 1.4 选题背景及其课题创新性29-31
• 1.4.1 选题背景及意义29-30
• 1.4.2 本课题的特色与创新之处30-31
• 2 实验方法、研究内容及分析方法31-36
• 2.1 实验方案31-35
• 2.1.1 实验原料31-32
• 2.1.2 实验设备32-34
• 2.1.3 主要工艺34-35
• 2.1.3.1 SiC纳米线的合成工艺34
• 2.1.3.2 金纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备工艺34
• 2.1.3.2 镁纳米颗粒修饰SiC纳米线的主要工艺34-35
• 2.2 研究内容35-36
• 2.2.1 SiC纳米线的制备及其场发射特性35
• 2.2.2 金纳米颗粒修饰SiC纳米线及其场发射特性35
• 2.2.3 镁纳米颗粒修饰SiC纳米线及其场发射特性35-36
• 3 金纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备及其场发射性能特性36-48
• 3.1 前言36-37
• 3.2 实验内容37-38
• 3.2.1 材料制备工艺37
• 3.2.2 材料表征分析及场发射特性37-38
• 3.3 金纳米颗粒修饰SiC纳米线的结构表征分析38-43
• 3.3.1 SEM表征与分析38-40
• 3.3.2 成分及晶相表征与分析40-41
• 3.3.3 TEM表征与分析41-43
• 3.4 金纳米颗粒修饰SiC纳米线的场发射特性43-46
• 3.4.1 场发射特性测试与分析43-46
• 3.4.2 金纳米颗粒密度对SiC纳米线场发射稳定性的影响46
• 3.5 小结46-48
• 4 镁纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备及其场发射特性48-56
• 4.1 前言48-49
• 4.2 实验内容49-50
• 4.2.1 材料制备工艺49
• 4.2.2 材料结构表征分析及其场发射特性49-50
• 4.3 镁纳米颗粒修饰SiC纳米线结构表征分析50-52
• 4.3.1 SEM表征与分析50-51
• 4.3.2 成分及晶相表征与分析51-52
• 4.4 镁纳米颗粒修饰SiC纳米线的场发射特性52-54
• 4.4.1 场发射性能测试52-53
• 4.4.2 镁纳米颗粒对SiC纳米线场发射稳定性的影响53-54
• 4.5 小结54-56
• 5 结论56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-67
• 附录67

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本文编号：548068