ZnO纳米线阵列的定向生长、光致发光及场发射性能

采用光刻和脉冲准分子激光沉积技术在Si衬底上制备了图形化的ZnO种子层薄膜。分别采用气相输运和水热合成法,制备了最小单元为30μm的图形化的垂直定向生长的ZnO纳米线阵列。X射线衍射(XRD)分析显示ZnO纳米线阵列具有高度的c轴[001]择优取向生长特性。从扫描电子显微镜(SEM)照片看出,阵列图形完整清晰,边缘整齐。纳米线阵列室温下光致发光(PL)谱线中在380nm左右具有强烈的紫外发射峰,可见光区域发射峰得到了抑制,证明ZnO纳米线缺陷少,晶体质量高。场致电子发射测量表明,ZnO纳米线阵列开启电场和阈值电场分别为2.3,4.2V/μm,具有较好的场致电子发射性能。     

纳米金刚石掺混纳米氧化锌的场发射特性

利用水热法制备了菊花状的氧化锌纳米棒,并进行表征,将纳米氧化锌掺入纳米金刚石中配制成电泳液,超声分散后电泳沉积到钛衬底上,再经热处理后进行场发射特性的测试.结果表明:未掺混的金刚石阴极样品的开启电场为7.3V/μm,在20V/μm的电场下,场发射电流密度为81μA/cm2;掺混后阴极样品的场发射开启电场降低到4.7~6.0V/μm,在20V/μm电场下,场发射电流密度提高到140~158μA/cm2.原因是纳米ZnO掺入后,增强了涂层的电子输运能力、增加了有效发射体数目,提高了场增强因子β,而金刚石保证了热处理后涂层与衬底的良好键合,形成了欧姆接触,降低了场发射电流的热效应.场发射电流的稳定性随掺混ZnO量的增加而下降,要兼顾场发射电流密度及其稳定性,适量掺入ZnO可有效提高纳米金刚石的场发射性能.     

六硼化镧薄膜场致发射的特性

阵列薄膜是在制备好的尖锥阵列上沉积其他材料的薄膜,以提高场发射阴极性能,它是一种有效的提高场发射阴极性能的方法。在n型硅片上先后采用氧化、光刻、干法刻蚀、氧化削尖等工艺,制备出曲率半径很小的硅尖锥场发射阵列,硅阵列中每个硅尖锥的底半径约2μm,锥高约1.04μm,每个硅尖之间间隔6μm,尖端的曲率半径约50nm,锥角约56°,尖锥阵列的密度约106/cm2。为了降低硅尖锥的功函数及提高抗离子轰击能力,通过电子束蒸发在硅尖阵列上沉积六硼化镧(LaB6)薄膜,薄膜的厚度大约50nm,锥尖曲率半径变为约111nm。X射线衍射(XRD)分析结果表明,电子束沉积在硅尖端的LaB6具有良好的结晶特性。硅尖锥及不同的真空度下阵列薄膜的场致发射I-V特性及电流发射稳定性的测试结果表明:沉积LaB6的薄膜阴极阵列的总发射电流达到125μA,是纯硅尖锥阵列125倍。并且硅阵列六硼化镧薄膜具有良好的场发射稳定性,是一种理想的薄膜场发射阵列。     

ZnO纳米棒的低温溶液法制备、光电特性研究及其在有机/无机复合电致发光中的应用

利用水热法制备了垂直于衬底的定向生长的ZnO纳米棒,利用扫描电子显微镜及光致发光的方法对其形貌及光学特性进行了表征,利用场发射性能测试装置对ZnO纳米棒的场发射性能进行了测试.结果表明:利用水热法在较低的温度(95 ℃) 下生长了具有较好形貌和结构的ZnO纳米棒,并表现出了较好的场发射特性,当电流密度为1 μA/cm²时,开启电场是2.8 V/μm,当电场为6.4 V/μm时,电流密度可以达到0.67 mA/cm²,场增强因子为3360.稳定性测试表明,在5 h内,4.5 V/μm的电场下,其波动不超过25%.将制备的ZnO纳米棒应用到有机/无机电致发光中,其中ZnO纳米棒为电子传输层,m-MTDATA(4,4',4″-tris{N,(3-methylphenyl)-N-phenylamino}-triphenylamine) 为空穴传输层,得到了ZnO的342 nm的紫外电致发光,此发光较ZnO纳米棒光致发光的紫外发射有约40 nm的蓝移. 关键词： ZnO纳米棒 场发射 水热法 有机/无机复合电致发光     

碳纳米管/硅纳米孔柱阵列的场发射性能

"通过热化学气相沉积的方法将碳纳米管生长到硅纳米孔柱阵列衬底上．采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线能谱对所制备的样品形貌、组成进行了分析．结果发现：所制备产物为一种具有面积大、准周期性的碳纳米管/硅巢状阵列复合结构．能谱分析表明碳纳米管仅含有碳元素．对样品进行场发射性能测试表明该结构开启电压为1.3 MV/m,当外加电压为4.26 MV/m,发射电流为5 mA/cm2．由FN公式计算相应的场增强因子约为1.1￡104．碳纳米管/硅纳米孔柱阵列好的场发射性能被归     

单根准直碳纳米纤维的场发射特性

采用等离子体增强热灯丝化学气相沉积方法，以甲烷和氢气为反应气体，在钨丝衬底上制备出准直的碳纳米纤维(CNFs)，其生长密度小于10.6cm-2，长度为6—30μm，直径为60—100nm.并采用自制的双探针扫描电子显微镜系统，对所生长的单根CNF作了场发射特性研究.结果表明，其场发射开启电压约为5V/μm，相应的发射电流达到20μA/cm2，同时，对不同长度的CNFs及单根CNF不同位置的场发射研究表明，场发射电流的大小不仅与材料本身的功函数、外电场场强、材料的微观结构以及宏观的几何结构有关，而且电子在输运过程中所受到的散射也是决定场发射电流大小的关键因素. 关键词： 碳纳米纤维 化学气相沉积 场发射 扫描电子显微镜     

水浴法制备ZnO纳米棒及其场发射性能

用硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)与六亚甲基四胺(C6H12N4)以等浓度配制成反应溶液,通过水浴法制备出了形貌可控的棒状ZnO纳米结构,讨论了不同反应浓度及衬底对ZnO表面形貌的影响.样品的XRD和扫描电子显微镜分析结果表明,所得产物均为六方纤锌矿结构,在有晶种层的衬底上制备出的ZnO纳米棒沿(001)方向并垂直于衬底表面生长.随着反应浓度的增加,ZnO纳米棒的直径增大,长径比减小.样品的场发射性能测试表明,反应溶液浓度为0.005 mol/L,以铜膜为晶种层的硅衬底上制备出的场发射阴极具有较好的场发射性能.     

氧化锌纳米棒场发射性能研究

采用简单物理气相沉积法制备出取向和非取向的氧化锌纳米棒，他们的场致电子发射性能测量结果表明，ZnO纳米棒具有较好的场发射性能，但是高度取向的ZnO纳米棒阵列并不利于获得高的场致电子发射电流密度.这可能是由于高密度ZnO纳米棒之间具有较高的屏蔽效应，降低了ZnO纳米棒阵列的场放大因子，从而影响了其场发射性能.相反，非取向ZnO纳米棒由于相互之间的屏蔽效应比较弱，而且表面存在容易成为发射中心的微小突起，表现出较好的场发射效果.这些结果不仅有助于加深我们对准一维纳米材料场致电子发射性能的理解，也为未来场发射电子器件的实际应用提供了可靠的依据. 关键词： 氧化锌 场发射 非取向     

热蒸发法制备ZnO纳米棒阵列

氩气氛常压下，利用热蒸发法，在无催化剂、无ZnO预沉积层的硅衬底上制备了取向良好，排列整齐的ZnO纳米棒阵列．在距Zn源不同位置的Si衬底上得到了不同形貌的样品．硅衬底置于锌源正上方是得到取向一致的ZnO纳米阵列的一个关键性条件．用场发射扫描电子显微镜、X射线粉末衍射表征样品表面形貌、晶体结构．进一步研究了样品的生长机制和荧光性质．     

利用胶体小球掩蔽刻蚀技术制备的半导体纳米阵列的场电子发射特性

利用胶体小球掩蔽刻蚀技术,制备了单晶硅纳米阵列,利用原子力显微镜观察了硅阵列的表面形貌,实验结果表明,硅柱阵列具有高密度和较好的均匀性。同时研究了单晶硅纳米阵列的场电子发射特性。为了提高样品的场发射性能,在所制备的单晶硅有序纳米阵列上生长了一层非晶碳薄膜。与单晶纳米硅柱阵列相比,覆盖有非晶碳膜的样品的场电子发射特性有了明显的改善,表现在场发射的开启电场下降,同时场发射增强因子得到增加。结果表明非晶碳膜确实能够降低电子发射的表面有效势垒,从而增强了场电子发射特性。     

热处理对纳米金刚石涂层场发射性能的影响

用旋涂法在金属钛衬底上涂敷纳米金刚石,经过适当的热处理形成金刚石涂层与金属钛衬底的化学键合,即形成衬底与涂层之间的过渡层,从而为纳米金刚石颗粒提供电子,使其成为有效的发射体。用扫描电镜、原子力显微镜、X射线衍射和拉曼散射等手段分析了温度对键合效果以及场发射性能的影响,温度过高或过低都不利于提高纳米金刚石涂层的场发射性能,只有在700℃左右对样品进行热处理,才能得到较好的键合状态。改变涂膜时旋涂的次数以获得不同涂层厚度的样品,对其在700℃的相同温度下进行热处理,发现涂层过厚或过薄都不利于样品发射性能的提高。旋涂9次并于700℃热处理的样品具有较好的场发射性能,其发射阈值场强可达4.6V/μm,而15.3V/μm场强下的电流密度为59.7μA/cm2。     

氧化锌/硅纳米孔柱阵列的结构和光致发光特性研究

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底、用化学气相沉积法制备了具有规则阵列结构特征的ZnO/Si-NPA纳米复合体系，并对其结构和光致发光性质进行了表征. 实验结果显示，组成ZnO/Si-NPA表面阵列的每个柱子均呈现层壳结构. 不同于衬底Si-NPA的红光和蓝光发射，ZnO/Si-NPA在紫外光区和蓝绿光区呈现出两个强的宽发光峰. 分析表明，紫外光发射应归因于ZnO晶体的带边激子跃迁；而蓝绿光发射则来自于ZnO晶体本征缺陷所形成的两类深能级复合中心上载流子的辐射跃迁.     

铕掺杂氧化锌纳米棒阵列材料的制备及光学性能研究

通过低温化学方法在多孔硅柱状阵列(NSPA)衬底上制备得到铕掺杂ZnO(ZnO∶Eu)纳米棒阵列结构。实验方法简单、条件温和,有效地实现了ZnO纳米棒和铕离子之间的能量转移,丰富了ZnO纳米半导体材料体系的发光。X射线衍射以及X射线光电子能谱证实铕离子成功掺杂进了ZnO晶体中。室温荧光光谱测试结果表明:ZnO∶Eu纳米棒阵列可实现从紫外光到蓝-绿光的宽谱带发射,其中发光中心位于～380 nm的紫外光源于ZnO的带边发射,位于450～570 nm的蓝-绿光源于ZnO的本征缺陷发光,而位于～615 nm的红光发光则源于铕离子核外电子4f壳层结构。同时借助于能带示意图对光致发光机理进行了分析。     

大电流碳纳米管场发射阴极研究

报道了在较大发射面积上获得较大场发射电流的碳纳米管场发射阴极。为了加强场发射电流,在丝网印刷浆料中增加一种金属纳米颗粒,金属颗粒增强了碳纳米管发射体和衬底的接触,提高碳纳米管和衬底的粘附作用。利用改进后的丝网印刷方法制备了大电流碳纳米管场发射阴极,测得最大发射电流为68.0 mA,阴极有效发射面积约1.1 mm2,发射电流密度约6.2 A/cm2;并成功将改进方法制备的大电流场发射碳纳米管阴极应用于场发射真空器件原型。实验证明这种具有较大发射电流和较大发射电流密度的场发射能够满足部分大功率电子器件的需求。收稿日期:; 修订日期:     

接触电极对压电纳米发电机性能影响的研究

利用低温水溶液法在柔性PET衬底上生长一维氧化锌(ZnO)纳米结构,并采用XRD、SEM等表征手段分别对生长ZnO纳米结构的晶体结构和表面形貌进行表征与分析。在此基础上,研制出一种基于柔性PET衬底的直流压电纳米发电机。为了提高纳米发电机的发电性能,利用镀Au的ZnO纳米棒阵列作为上电极,制备出具有高性能的新型ZnO纳米发电机,成功地实现了稳定的直流输出信号。该纳米发电机的最高输出电流为330nA,足以驱动一些微纳米器件。     

一维有序ZnO纳米棒阵列的制备与表征

通过改进传统水热法的密闭、高压的条件,在非密闭、常压环境下在氧化铟锡玻璃衬底上自组装生长了取向高度一致并且分散性好的ZnO纳米棒阵列.首先将乙酸锌溶胶旋涂到氧化铟锡玻璃衬底上,经热处理得到致密的ZnO纳米晶薄膜,然后将其垂直放入前驱体溶液中通过化学溶液沉积生长得到ZnO纳米棒阵列.室温条件下,对样品进行了SEM和XRD的测试.表明生成的氧化锌纳米棒阵列沿c轴取向,实现了定向生长,且纳米棒结晶较好,为六方纤锌矿结构,直径约为40 nm,长度达到微米量级.室温下的吸收光谱表明,由此方法得到的纳米棒纯度较高,有强的紫外吸收.室温下,观测到了该有序ZnO纳米棒阵列在387 nm处强的窄带紫外发射,半高宽小于30 nm,在468 nm处还有一强度较弱的蓝光发射峰.     

ZnO Nanobelts and Hollow Microspheres Grown on Cu Foil

采用低温热蒸发法在铜箔衬底上制备了大量ZnO纳米带、空心微米球和“海胆”状球．采用XRD、激光拉曼光谱仪、SEM和荧光光谱仪分别对ZnO纳米结构的微结构、形貌和光致发光性质进行研究．分析表明,纳米带的宽度大约为500 nm且长度超过10μm,而空心微米球的直径为5～10μm;ZnO纳米结构的发光主要是较强的蓝绿缺陷态发光,以及弱的紫外带隙态发光．铜衬底上ZnO纳米结构的制备使得ZnO纳米结构和导电衬底之间具有良好黏着性和电接触性．     

有序ZnO纳米阵列的制备及其光学特性

纳米球刻蚀技术和磁控溅射方法在普通玻璃衬底上制备有序氧化锌(ZnO)纳米阵列。利用扫描电子显微镜对样品表面形貌进行了观测,并对样品进行荧光(PL)光谱测试。结果表明,相比于普通ZnO薄膜,ZnO纳米阵列的有序结构可以提高在紫外区域的发光性能,减少蓝绿光的发射缺陷。研究了不同ZnO纳米阵列粒径大小和不同ZnO纳米阵列的厚度对其光学性质的影响。溅射时间30min的有序ZnO纳米阵列样品的质量和结晶状态较好,随着聚苯乙烯(PS)纳米球粒径的减小,样品吸收峰和荧光光谱均发生"蓝移"。     

水热反应中籽晶层对ZnO纳米棒的影响

以Zn(NO3)2·6H2O/HMT为反应物,通过低温水热反应过程,在籽晶衬底上制备了ZnO纳米棒,分别用场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪对ZnO纳米棒形貌与晶体结构进行了表征,并研究了不同方法制备的ZnO籽晶层以及籽晶层厚度对ZnO纳米棒形貌及结晶质量的影响.结果表明磁控溅射籽晶衬底上生长的ZnO纳米棒结晶质量最好,而籽晶层的厚度对ZnO纳米棒的垂直取向性有一定的影响.     

直立Zn_2GeO_4/ZnO纳米棒阵列的制备及其发光性质研究

利用化学气相沉积法(CVD)在表面溅射Au和沉积ZnO籽晶的硅衬底上分别生长高度有序、垂直密布的直立Zn2GeO4/ZnO纳米棒阵列,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和光致发光(PL)谱测试手段对所制备样品进行表征和发光特性的研究。所制备的Zn2GeO4/ZnO纳米棒的直径为350~400 nm,高度为10~11μm;室温PL谱观察到3个来源于Zn2GeO4的典型发光峰。最后,对CVD法制备的Zn2GeO4/ZnO纳米棒生长机理进行了分析。该种直立性良好的一维纳米棒材料可以广泛地应用到纳米光电子器件中。