Study on Field Emission Characteristics of Ti-based Chrysanthemum-like Nano-ZnO Cathode by Electrophoresis Deposition

采用水热法制备出菊花状的ZnO纳米线簇,然后利用电泳法将之移植到金属Ti片上,形成均匀的、一定厚度的ZnO纳米薄膜,最后经真空热处理形成ZnO场发射阴极样品。利用X射线衍射仪（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对沉积前后的ZnO纳米线簇做了特性鉴定和微结构的表征。对热处理后的阴极样品做了场发射特性测试,发现菊花状纳米ZnO呈现出较低的开启电场2.0 V/μm和较低的阈值电场5.5 V/mm,在场强达到7.5 V/mm时,场发射电流密度为200 mA/cm2,适当地增加涂层厚度可有效提高场发射电流密度及其稳定性,最后探讨了菊花状纳米ZnO的场发射机理。     

氮化镓纳米铅笔与纳米塔制备及优异场发射性能研究

通过化学气相沉积法,用氧化镓和氨气反应成功制备出氮化镓纳米铅笔和纳米塔。通过扫描电镜表征发现氮化镓纳米铅笔分为两个部分:底部是一个大直径的纳米线,顶部是一个小直径的纳米线;氮化镓纳米塔为层状结构。氮化镓纳米铅笔和纳米塔的形成机理是气-液-固机制。场发射性能测试显示氮化镓纳米铅笔的开启电场为2.6 V/μm,纳米塔的开启电场为4.1 V/μm,这使得它们可以用于场发射平板显示及显示装置的冷阴极电子源,它们还可以使用于设计复杂纳米电子器件。     

掺Ag含量对金刚石薄膜场发射性能的影响

采用电泳沉积的方法在钛基体上沉积了不同含量Ag纳米颗粒掺杂的金刚石复合薄膜,利用扫描电子显微镜、X射线衍射光谱和拉曼光谱对样品的结构和形貌进行表征,最后进行场发射特性的测试。SEM试验结果表明,制备得到的薄膜连续、致密且纳米颗粒均匀的分布在其中。场发射测试结果显示样品的场发射性能随着复合膜中Ag含量的增加呈现先增强后降低的趋势,在Ag纳米颗粒的掺杂含量为7.5 mg （0.18 g/L）时,复合膜的场发射性能最优。此时,开启电场（E₀）低至1.55 V/μm,在1.96 V/μm的电场强度下可以得到22.69 μA/cm²的场发射电流密度,这表明适量的Ag纳米颗粒掺杂可以显著提升样品场发射性能。同时,文中结合F-N理论进一步讨论了Ag纳米颗粒掺杂含量的变化对金刚石场膜发射性能影响的作用机理。     

一种性能优良的ZnO纳米线的水热法生长

以醋酸锌(Zn(CH3COO)2·2H2O)和氢氧化钠(Na(OH)2)作为实验反应前驱物,聚乙二醇(HO(CH2CH2O)13H)作为表面活性剂,采用低温水热法在60 ℃条件下,合成了不同形貌的ZnO纳米线和纳米棒材料,并对样品结构和形貌进行了XRD、SEM等分析.结果显示,ZnO纳米结构都具有六方纤锌矿结构,主要是由单晶纳米棒状组成的"菊花状"ZnO纳米団簇,団簇中的单晶在不同反应条件下合成了线形、尖细、平面等不同形貌,但主要粒子基本为棒状和菊花状.合成方法可作为制备形貌可控的金属氧化物的参考.     

全碳材料点状场发射阴极制备及其石墨烯填充场发射增强性能研究

目的 设计一种利用常见的铅笔芯和碳纳米管复合的全碳材料点状场发射器件,通过石墨烯填充,增强场发射性能。方法 导电玻璃作为阳极,铅笔芯与碳纳米管复合构成发射子,锡底座固定铅笔芯,并利用导电胶与导电玻璃粘接组成阴极。通过比较纯碳纳米管与不同浓度石墨烯的场发射性能,找到效果最好的填充石墨烯浓度。结合扫描电镜表征结果,对石墨烯填充增强场发射性能的原因进行解释。结果 实现了全碳材料点状场发射器件的制备及场发射性能的优化,发现7%的石墨烯浆料制备的器件场发射性能最好,得到的点状场发射阴极的阈值电场为1.05 V/μm,场发射增强因子高达13509,最大电流0.75 mA。结论 点状场发射器件拥有更好的聚焦性、更低的开启场强以及更大的场发射电流密度,在制作X射线源和微波器件方面具有较高的应用价值。     

钛基金属掺混纳米金刚石阴极的场发射特性（英文）

研究了钛基金属掺混纳米金刚石的场发射特性。以钛和铪分别和纳米金刚石掺混,采用电泳法制得了阴极样品,并使用SEM和XRD对阴极样品的结构和形貌进行表征,最后进行场发射特性的测试。结果发现,掺入5 mg的钛样品的形貌更加均匀和致密,而掺入铪样品的形貌变差。同时,与未掺杂样品相比较而言,掺钛样品的场发射特性有了提高,而掺铪样品的场发射特性有所下降。掺钛样品之间的比较发现,钛掺入量不宜过多,适量的钛掺入能使得纳米金刚石阴极的场发射性能得到提高。分析表明,这是由金属钛和铪的性质决定的,影响了金刚石与基底Ti的键合反应,从而影响了掺杂纳米金刚石的场发射性能。     

电磁场辅助HFCVD制备高场发射性能薄膜

目的提高碳素薄膜的场发射性能。方法在热丝化学气相沉积(HFCVD)技术的基础上,针对不同的甲烷浓度(体积分数,全文同)1%和5%,通过施加外场(电场、磁场以及电磁耦合场)分别调控出不同组织结构的薄膜。采用SEM观察薄膜的表面形貌,用Raman检测薄膜的成分,用场发射测试装置来表征薄膜的场发射性能。结果外场作为革新传统工艺的手段,可以影响HFCVD沉积过程。磁场的主要作用是降低晶粒尺寸,电场能够有效促进sp~3相向sp~2相转变,电磁耦合场在此基础上,还可以有效调控出高长径比的表面形貌。甲烷浓度为1%时,制备了金刚石薄膜,开启电场为11.2 V/μm,加入电场或电磁耦合场后,薄膜表面被刻蚀,发生金刚石向石墨的转变,开启电场降低到6.75 V/μm,场发射性能提高。甲烷浓度为5%时,加入磁场、电场制备的薄膜,开启电场由12.75 V/μm依次下降为11.5、9 V/μm,电磁耦合场的刻蚀作用可以获得尖锥状的形貌,且石墨相含量高,开启电场最低(5.65 V/μm),场发射性能最好。结论采用外场(电场、磁场以及电磁耦合场)辅助HFCVD的方式可以制备出多种薄膜,电磁耦合场在较高甲烷浓度时,不但可以提高石墨相含量,还可以获得高长径比的表面形貌,可有效提高薄膜的场发射性能。     

微模具电铸成型工艺研究

针对微细电铸成型技术中微流道模具的铸层均匀性、铸层气孔和表面粗糙度等工艺问题,提出了控制成型过程中阴极电流密度、增加辅助阴极和阴极平动的方法。通过正交实验对基底蚀刻深度、光刻掩膜厚度、电铸槽温度和阴极电流密度等因素进行工艺优化研究。结果表明,得到最佳工艺参数为阴极电流密度4 A/dm~2、二次辅助阴极电流密度1.5 A/dm~2,阴极平动速率0.01 m/s,温度50℃、掩膜厚度50μm、刻蚀深度20μm。获得了尺寸均匀性好、铸层气孔少,表面粗糙度为Ra 0.5μm的微模具。     

钛基底纳米金刚石场发射阴极的氢处理工艺研究（英文）

利用电泳沉积法制备了钛基底纳米金刚石的场发射阴极涂层,热处理后对其进行了氢等离子体工艺处理,然后对样品进行微观表征与场发射特性以及发光效果的测试。研究表明,H~+的吸附作用和H~+的刻蚀作用共同影响着金刚石涂层表面的形貌,氢处理作用不足则达不到效果,过强则会导致对金刚石涂层刻蚀过度,导致涂层的场发射性能以及发光效果变差,适当的氢处理有助于提高场发射性能和发光效果,最后探讨了钛基底纳米金刚石涂层氢处理的场发射机理,解释了发光效果差异的成因。     

钛基金属掺混纳米金刚石阴极的场发射特性

研究了钛基金属掺混纳米金刚石的场发射特性,其中,以钛和铪分别和纳米金刚石掺混,采用电泳法制得了阴极样品,并使用SEM和XRD对阴极样品的结构和形貌进行了表征,最后进行场发射特性的测试。结果发现,掺入5 mg的钛样品的形貌更加均匀和致密,而掺入铪样品的形貌变差。同时,与未掺杂样品相比较而言,掺钛样品的场发射特性有了提高,而掺铪样品的场发射特性有所下降。掺钛样品之间的比较发现,钛掺入量不宜过多,适量的钛掺入能使得纳米金刚石阴极的场发射性能得到提高。分析表明,这是由金属钛和铪的性质决定的,影响了金刚石与基底Ti的键合反应,从而影响了掺杂纳米金刚石的场发射性能。     

钛基底纳米金刚石场发射阴极的氢处理工艺研究

利用电泳沉积法制备了钛基底纳米金刚石的场发射阴极涂层,热处理后对其进行了氢等离子体工艺处理,然后对样品进行微观表征与场发射特性以及发光效果的测试。研究表明H₊的吸附作用和H₊的刻蚀作用共同影响着金刚石涂层表面的形貌,氢处理作用不足则达不到效果,过强则会导致对金刚石涂层刻蚀过度,导致涂层的场发射性能以及发光效果变差,适当的氢处理有助于提高场发射性能和发光效果,最后探讨了钛基底纳米金刚石涂层氢处理的场发射机理,解释了发光效果差异的成因。     

掺杂硅纳米线的光电特性

采用激光烧蚀法制备了磷掺杂硅纳米线和硼掺杂硅纳米链,并运用透射电子显微镜(TEM)、近边X射线吸收精细结构光谱(NEXAFS)、X射线光电子能谱(XPS)及场发射(FE)测量等对其进行了研究.结果表明:硅纳米线包覆在二氧化硅层中及其核心由磷掺杂的晶体硅构成,磷不仅存在于硅纳米线的核心内,也存在于二氧化硅与硅核心的相界面上;硼掺杂硅纳米链的外部直径约为15 nm,由直径11nm的晶核和2 nm的无定形氧化物外层构成的晶格所组成,其粒间距为4 nm,硅纳米粒子链的阀值场强为6 V/μm,优于未掺杂的硅纳米线的阀值场强(9 V/μm).X射线光吸收谱可以补充提供常规电流-电压测量得不到的信息,并提示掺杂分布的细节.     

金属过渡层增强金刚石薄膜场发射性能的机理研究

以金属钛和钨为过渡层,采用PE-HFCVD法在硅基上制备金刚石薄膜,并对薄膜的场发射特性分析研究。结果表明,金属过渡层对金刚石薄膜场发射性能有显著的增强作用。以金属钨为过渡层时,金刚石薄膜的场发射开启场强为5.4 V/μm,比无过渡层降低了44%;场发射电流密度在电场强度为8.9 V/μm时达到1.48 mA/cm₂。通过对薄膜的结构表征知,场发射性能的增强主要与界面处电子运输势垒的降低及薄膜中sp₂ C含量的增加有关,在界面处及金刚石膜内形成良好的导电通道,使电子更容易运输至薄膜表面,从而表现出优异的场发射性能。     

ZnO水热膜的形貌调控及光电性能

在硝酸锌/(NH_2)_6N_4(HMTA)溶液体系中加入浓氨水及氯化铜,采用水热法制备Cu掺杂的ZnO薄膜。研究发现,氨水和Cu~(2+)离子均可抑制ZnO纳米棒的横向生长,促进纳米棒沿c轴取向生长,增加长径比,但并未发现Cu进入ZnO晶格中。ZnO水热阵列膜的形貌可以通过同时掺杂Cu2+和加入浓氨水来改变。Cu~(2+)离子和氨水共掺杂容易导致ZnO纳米棒的弯曲及纳米棒端头的聚集,形成由纳米棒团簇组成的星星状薄膜表面。PL谱显示,该结构具有较大的氧空位缺陷浓度及比表面积,并具有一定的场发射特性,场增强因子β为5990。     

直接氧化黄铜薄片法制备ZnO纳米线及其电学性能研究(英文)

利用将黄铜薄片放到Ar与O2混合气体中加热处理的方法制备出ZnO单晶纳米线。通过将纳米线组装成场效应晶体管(FET)的方法研究其内部的电子输运性能ZnO/Au界面处所形成的肖特基结使其伏安Ⅰ-Ⅴ特性曲线显示出整流行为。Ⅰ-Ⅴ特性强烈依赖于栅极电压(Vg)。即随着Vg增加,电流随之也增加,同时阈值电压也发生降低,显示出典型的n型导电性。     

氧化物颗粒尺寸对Mo-La_2O_3阴极电子发射及真空电弧特性的影响(英文)

采用高能球磨及热压烧结工艺制备了Mo-4%(质量分数,下同)La2O3纳米复合的阴极材料,其中La2O3的颗粒尺寸小于100 nm;作为比较,商业W-4%Th O2阴极材料中的Th O2颗粒尺寸为1~2μm。Mo-La2O3纳米阴极材料的平均真空起始电场强度为2.97×107V/m,比商业W-Th O2阴极材料低62.7%。纳米复合的Mo-La2O3阴极材料具有优异的电子发射性能,其电子发射点的分布面积和密度明显大于商业W-Th O2阴极材料。氧化物的颗粒尺寸对于阴极材料的电子发射性能以及真空电弧特性有显著的影响。随着La2O3颗粒尺寸的减小,Mo-La2O3阴极材料的电子发射性能提高。当La2O3的颗粒尺寸减小到小于100 nm时,Mo-La2O3阴极材料的电子发射面积和能力显著增加。纳米复合Mo-La2O3阴极材料电子发射性能的增强归因于在相界面上形成了高的内电场和空间电荷区。     

氧化锌纳米线束合成及发光性质的研究

利用水合醋酸锌粉作为锌源，十二烷基苯磺酸钠（DBS）作表面活性剂，通过改进的微乳液法，在较低温度下制备出形貌均一的ZnO纳米线束。对样品进行了XRD图谱、扫描电镜（TEM）、透射电镜（SEM）、高分辨透射电镜（HRTEM）、选区电子衍射像（SAED）和光致发光（PL）性能研究。该线束由直径约为30-50nm，长度约为1．5～2．5／μm的ZnO纳米线定向聚集组成，其中，纳米线为六方纤锌矿结构的ZnO单晶纳米线，并且沿（002）晶面生长。其激发发射光谱显示样品存在两个发射带：近紫外发射峰（386nm）和一个黄绿光的发光区，紫外半峰宽约为20nm，纳米线的尺寸和形貌对光谱峰宽和谱峰位置有一定影响。     

ZnO纳米片状晶体的生长及其表征

采用高温碳热还原反应工艺．以氧化锌和碳粉为主要原料，在N2／H2O气氛中制备成功ZnO纳米片状晶体.所制薄片直径在100nm．厚度约50nm.采用场发射扫描电子显做镜（FESEM）、高分辨透射电子显做镜（HETEM）、X射线衍射分析仪（XRD）、拉曼（RAMAN）光谱等测试手段对产物进行表征。结果表明产物为ZnO，呈单一六角晶系纤锌矿结构，在相同的反应时间内，提高反应温度可使纳米片生长为六角塔状晶体，证填ZnO纳米片是六角平板状结构。     

Sn-Ag-Cu无铅钎焊接头的电迁移行为研究

研究了Cu/Sn3.0Ag0.5Cu/Cu钎焊焊点在多场(磁场、温度场、电流)作用下电迁移时阳极、阴极界面金属间化合物的生长行为。结果表明:随着时效时间的延长,阳极金属间界面化合物显著增加,阴极金属间界面化合物逐渐减少,且阳极界面化合物的厚度增加量远大于阴极界面化合物厚度的减少量,48 h时,在电流密度为0.8×104 A/cm2下,阳极界面化合物厚度增加了8.8μm,阴极仅减少了0.39μm。     

电泳沉积ZnO薄膜的制备和表征（英文）

采用电泳沉积,在ITO玻璃基片上制备了多孔纳米晶片组成的网状ZnO薄膜。研究了工艺参数如电流密度和沉积时间对ZnC)前躯体薄膜的表面形貌和相组成的影响。结果表明,纳米片在低电流密度下水平覆盖在基片上,而在高电流密度下则垂直于基片排列形成均匀分布的网状膜。基于纳米片表面上电荷的分布提出了可能的形成机理。由于一些纳米片的聚集,增加沉积时间有助于花状微米球的形成。从胶体悬浮液中所沉积的薄膜主要由ZnO和Zn_4C3(OH)_6H_2O相组成,热处理后薄膜中的Zn_4C3(OH)_6H_2O相完全转变成ZnO。多孔纳米片的形成是由于Zn_4C3(OH)_6H_2O相分解释放了水和CO_2。热处理加强了ZnO薄膜的微纳米层级结构。