SiC柔性场发射阴极材料制备与精细调控及其电子发射特性

发布时间：2017-06-13 19:06

  本文关键词：SiC柔性场发射阴极材料制备与精细调控及其电子发射特性，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：场发射是低维纳米材料的固有特性之一,在显示和真空电子等领域具有广泛的应用前景,其真正应用的关键基础是如何降低其开启电场并提高其电子发射稳定性。本论文围绕新颖高效的Si C柔性场发射阴极材料的研发,基于局域场增强效应和掺杂改性调控费米能级附近的电子态密度等原理,系统探索和优化了有机前驱体热解工艺,通过控制降温速率和热解气氛两个关键工艺参数,实现了Si C单晶低维纳米材料形貌及其掺杂的精细控制,达到了对其场发射性能的强化,实现了具有良好柔性、低开启电场和高电子发射稳定性的Si C场发射阴极材料的研发。综合本论文工作,所取得的成果如下:(1)采用有机前驱体热解工艺,以聚硅氮烷(PSN)为前驱体,N2/Ar混合气体为保护气氛,其中PSN提供Si C生长所需Si和C源,保护气氛中的N2提供N掺杂源,以碳纤维布为衬底,实现了柔性N掺杂Si C准纳米线阵列场发射阴极的制备。研究结果表明,所制备的材料具有很高的柔韧性,当阴阳极间距为400~800μm时,其开启电场为1.90~2.65 V/μm。(2)采用有机前驱体热解工艺,通过控制降温速率,实现了柔性N掺杂Si C纳米针尖准阵列结构生长的精细控制。场发射研究结果表明,通过对柔性Si C纳米针尖准阵列结构生长的控制,能够显著降低其开启电场,从传统柔性Si C纳米线场发射阴极材料的开启电场为2.19 V/μm降低至1.15 V/μm。(3)研究了柔性N掺杂Si C纳米针场发射阴极材料的高温场发射特性。实验结果表明,所制备的Si C场发射阴极材料能够胜任高温等苛刻服役条件,其开启电场随温度的升高而降低,归因于其功函数随温度的升高而降低。(4)采用有机前驱体热解工艺,通过同时调控降温速率和N2/Ar混合气成分,达到了掺杂和形貌的协同控制效果,实现了Si C针尖状结构及其N掺杂浓度的协同控制。场发射研究结果表明,在掺杂浓度为4.39~7.58 at.%时,其开启电场为1.38~1.11 V/μm,表明所制备的Si C场发射阴极材料具有优异的电子发射性能;所制备的Si C场发射阴极材料经200次反复弯曲后,其开启电场基本保持不变,在不同弯曲状态下,其电子发射稳定性基本保持不变,表明所制备的柔性Si C场发射阴极材料具有良好的力学稳定性。(5)采用有机前驱体热解工艺,以纯Ar气为保护气氛,实现了柔性P掺杂单晶Si C纳米颗粒场发射阴极材料的制备。场发射研究结果表明,P掺杂能够显著降低Si C场发射阴极材料的开启电场。其不同弯曲次数和弯曲状态下以及不同温度下的电子发射性能测试结果表明,P掺杂柔性Si C场发射阴极材料具有优异的力学稳定性和胜任高温服役条件的工作能力。
【关键词】：有机前驱体 高温热解 SiC纳米结构 柔性 场发射 VLS机理
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ163.4;TB383.1
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-9
• Extended Abstract9-27
• 变量注释表27-28
• 1 绪论28-66
• 1.1 柔性电子器件研究概况28-30
• 1.2 柔性场发射冷阴极研究进展30-46
• 1.3 SiC场发射阴极研究进展46-62
• 1.4 选题背景及课题创新性62-66
• 2 实验方案、研究内容及分析方法66-71
• 2.1 实验方案66-68
• 2.2 研究内容68-69
• 2.3 表征和性能检测69-71
• 3 柔性N掺杂SiC准纳米线阵列的制备及其场发射特性71-82
• 3.1 前言71-72
• 3.2 实验方案72-73
• 3.3 N掺杂SiC纳米线的表征73-76
• 3.4 N掺杂SiC纳米线场发射性能测试及分析76-81
• 3.5 小结81-82
• 4 柔性N掺杂SiC准纳米线阵列的结构调控及其场发射特性82-96
• 4.1 前言82-83
• 4.2 实验方案83-84
• 4.3 N掺杂SiC纳米针的表征84-88
• 4.4 N掺杂SiC纳米针生长机理88-90
• 4.5 N掺杂SiC纳米针场发射阴极电子发射特性检测与分析90-95
• 4.6 小结95-96
• 5 柔性N掺杂SiC准纳米线阵列的结构与掺杂协同调控及其场发射特性96-114
• 5.1 前言96-97
• 5.2 实验方案97
• 5.3 不同N掺杂浓度SiC纳米线/纳米针的表征97-103
• 5.4 不同N掺杂浓度及形貌的SiC纳米结构生长机理103-106
• 5.5 不同N掺杂浓度SiC纳米针的制备106-107
• 5.6 不同N掺杂浓度SiC纳米针场发射性能研究107-113
• 5.7 小结113-114
• 6 P掺杂SiC纳米颗粒柔性场发射阴极材料的制备及其电子发射特性114-130
• 6.1 前言114-115
• 6.2 实验方案115-116
• 6.3 SiC纳米颗粒柔性阴极材料的结构表征116-119
• 6.4 SiC纳米颗粒生长机理119-120
• 6.5 SiC纳米颗粒柔性场发射阴极材料的场发射性能研究120-129
• 6.6 小结129-130
• 7 结论130-132
• 参考文献132-153
• 作者简历153-156
• 学位论文数据集156

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本文编号：447339