纳米金刚石场发射阴极制备及性能研究

为了提高阴极场发射的均匀性与稳定性,探索了一种电泳沉积纳米金刚石场发射的阴极工艺.在这个工艺中,研制了特定比例的纳米金刚石电泳液,在抛光的金属钛衬底上通过电泳沉积了纳米金刚石场发射阴极.用扫描电子显微镜和拉曼光谱观察了涂层的形貌和结构,并测试了制备的涂层阴极的场发射特性.实验结果表明,在钛片上沉积的金刚石涂层薄而均匀.采用电泳方法制备场发射阴极具有简单易行,成本低廉以及可大面积制作等优势,可在平板显示器中得到广泛应用.     

微波熔盐沉积制备AlN纳米晶及光致发光特性研究

以高纯AlCl3和Li3N为反应原料,NaCl和KCl为混合熔盐,使用微波熔盐沉积法在700℃制备出A1N纳米晶.利用XRD、SEM、EDS等对纳米晶的物相、形貌进行了定性和定量表征,并使用PL测试了材料的光学性质,分析了主要缺陷类型.XRD测试结果表明,实验获得产物为六方纤锌矿结构的AlN.使用Scherrer公式估算了AlN 产物的晶粒平均粒度大小约为35.6 nm,表明所得确为AlN纳米晶.SEM观测到的纳米晶形貌为方形,分布均匀且晶粒形状几近,平均粒度约为35 nm.EDS测试结果显示AlN纳米晶中Al和N的原子相对百分含量为50.521;和49.479;,其化学配比几近于1∶1物质的量比.室温PL测试发现发光中心在435 nm,缺陷主要是杂质缺陷类型.以上结果充分表明微波熔盐沉积法是一种制备AlN纳米晶的有效方式.     

基于电沉积技术的纳米晶材料晶粒细化工艺研究

纳米晶材料电沉积工艺是在传统电沉积工艺的基础上,通过控制适当的工艺条件,最终获得具有各种性能的纳米晶电沉积层的过程.研究表明,由电沉积工艺制备的纳米晶材料,晶粒细小且组织均匀,具有耐磨、耐蚀、耐高温氧化等特殊性能.本文分析了在电沉积过程中纳米晶形成的机理,探讨了工艺参数、复合电沉积和脉冲电沉积、有机添加剂以及采用其它工艺措施对晶粒细化过程的影响.介绍了电沉积纳米晶材料的各种性能及应用.     

液相沉积法处理TiO2纳米晶膜对其光电性能的影响

将涂有TiO2纳米晶膜的导电玻璃浸渍于氟钛酸铵、硼酸和水的液相沉积(Liquid Phase Deposition,简称LPD)反应溶液中,利用反应液中氟的金属配位离子和金属氟化物之间的化学平衡反应,在TiO2纳米晶多孔膜(简称nc-TiO2膜)上沉积一层TiO2纳米粒子,从而实现对TiO2纳米晶膜进行化学处理。以经过LPD处理的TiO2纳米晶膜作为光阳极组装染料敏化太阳能电池(DSSC)并测试其伏安特性曲线,研究了不同反应时间条件下LPD处理nc-TiO2膜对DSSC光电性能的影响。结果表明:在一定条件下用LPD处理TiO2纳米晶膜可显著提高其DSSC光电性能,短路电流密度最高提高13.13%,能量转化效率最高提高13.95%。论文对LPD处理TiO2纳米晶膜提高DSSC光电转化性能的原因进行了分析。     

纳米石墨和纳米碳管薄膜在低电场下的稳定场发射

采用微波等离子体化学气相沉积法(MPECVD)制备出了纳米石墨和纳米碳管混合薄膜材料.通过扫描电镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)对薄膜材料的结构和形貌进行了分析.研究了薄膜材料的场发射性能.场发射结果显示:其开启电场为0.7 V/μm1,在较低电场下(3.7 V/μm1)即可获得5.2 mA/cm2的电流密度,此电场下发射点密度可达1.6×107 cm-2,发射点均匀,亮度稳定.迭代法计算结果表明制备的纳米石墨和纳米碳管混合薄膜材料的功函数仅为3.2 eV.这些表明该薄膜材料为优良的场发射冷阴极材料.     

沉积压力对磁控溅射纳米硅薄膜结构和性能影响

采用射频(RF)磁控溅射方法在玻璃衬底上制备了氢化纳米硅薄膜,研究了沉积压力(4～9 Pa)对薄膜结构和性能的影响.利用XRD、SEM、紫外-可见光分光光度计、傅立叶红外吸收光谱仪(FT-IR)及四探针电阻测试仪等对薄膜结构和性能进行了表征.结果表明:随着沉积压力的提高,薄膜结晶程度逐渐变差,晶粒尺寸降低;薄膜光学带隙在2.04～2.3 eV之间,且随着沉积压力的提高而增加;薄膜具有SiH、SiO、SiH2和SiH3振动吸收峰, 随着沉积压力的增加,SiH、SiH2振动吸收峰向高波数移动,薄膜方块电阻在132～96 Ω/□,且随着沉积压力的升高而降低.     

In/Mg掺杂ZnO纳米锥电子结构及场发射性能

以第一性原理计算方法为基础,研究了不同构型的ZnO-NC(氧化锌纳米锥),得到了五种稳定的几何结构,电子结构分析表明Zn-Zn(4P)的场发射性能最优.在此基础上,进一步研究了In/Mg掺杂Zn-Zn(4P)体系的场发射性能,结果表明:掺杂使结构稳定性增强,相比掺Mg和未掺体系,掺In提高了LDOS(局域态密度)峰值且峰位更靠近EF(费米能级),尖端电子密度增大;根据Mulliken电荷、HOMO(最高占据分子轨道)-LUMO(最低未占据分子轨道)能隙及有效功函数的计算,可知In-In(4P)具有更优异的场发射性能.     

铜掺杂类金刚石纳米点阵列的制备及场发射性能研究

利用磁过滤等离子体结合氧化铝模板(AA0)技术在室温下制备了具有优异场发射性能的铜掺杂类金刚石(DLC)纳米点阵列.微观分析表明,铜掺杂类金刚石纳米点阵列分布均匀,密度高达109cm-2;利用X射线光电子能谱对制备的铜掺杂类金刚石纳米点阵列进行结构分析,测得铜的掺杂量为3.6;且sp3键含量高达60;;通过对铜掺杂类金刚石纳米点阵列的场发射性能测试,试验结果表明,铜掺杂类金刚石纳米点阵列开启电场和阈值电场分别为0.08V/μm,0.42V/μm,并且在电场值为0.67V/μm时,发射电流密度高达95mA/cm2,场发射性能明显优于无掺杂类金刚石纳米点阵列.     

钨酸铅纳米晶的制备及其发光性能研究

用沉淀法制备了钨酸铅纳米晶.对制备的钨酸铅纳米晶做了X射线和透射电镜分析,结果显示在100℃烘干后,样品已经结晶良好,晶粒度在10～20nm之间.将其在不同温度下退火后,用荧光谱仪测量了其发光光谱,结果显示其有蓝色、绿色和红色三组主要的发光峰.     

不锈钢衬底的抛光处理对碳纳米管薄膜场发射性能的影响

在抛光的和未抛光的不锈钢衬底上,利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法从甲烷和氢气的混合气体中沉积碳纳米管薄膜,并对其场发射性能进行了研究.实验发现,不锈钢衬底的机械抛光能降低碳纳米管膜的开启场强,增大它的发射电流密度.在同一场强7.5 V/μm下,衬底未抛光样品的电流密度为2.9 mA/cm2,而衬底抛光样品的电流密度达到5.5 mA/cm2.低开启场强和大发射电流密度意味着β增大,说明机械抛光能使碳纳米管膜的β增大.     

基于单体石墨纤维的场发射特性研究

利用化学气相沉积(CVD)法,以甲烷为碳源在管式炉中合成了单体石墨纤维(MGF).选取长度为3.426 mm,顶端球面半径为11.26μm的单体石墨纤维直立于圆铜片上作为阴极,以导电ITO玻璃作为阳极,采用二极管结构在真空室中进行直流场发射测试,证实MGF的开启场强为0.4775 V/μm.基于有限元仿真软件ANSYS...     

3D型冷阴极结构形态对场发射影响研究

通过在圆铜片上用导电银胶固定圆柱体和长方体形成3D型冷阴极,采用有限元分析软件ANSYS仿真分析了圆柱体和长方体上表面的电场分布,圆柱体直径为12.7 mm,长方体阴极上表面为正方形,边长为12.7 mm.两种阴极高度相同,采用化学气相沉积法(CVD),以酞菁铁(FePc)为催化剂,在圆柱体和长方体上表面合成了碳纳米管薄膜(CNTs),合成的碳纳米管形貌由场发射扫描电镜(FESEM)进行表征,采用二极管结构,以涂有荧光粉的ITO导电玻璃作为阳极,在真空室中真空度为2×10-4 Pa测设了两种3D型冷阴极的场发射特性,结果表明,随着两种阴极场强最大值比值增大,长方体阴极的场发射性能优于圆柱体阴极.     

球磨法改善电学接触增强碳纳米管场发射性能

本文采用CNT与纳米银颗粒混合球磨的方法,改善了CNT与衬底电极的电学接触性能.并比较了球磨和电泳两种方法分别获得的CNT的场发射特性,结果表明:采用球磨法所获得的CNT场发射阴极的场发射性能远远优于电泳法.在球磨过程中,由于钢球、纳米银颗粒、CNT和衬底之间互相挤压,使CNT和银颗粒及衬底之间形成紧密牢固的接触,减少了界面的接触电阻,从而大大改善了界面的电学接触性能.而电泳沉积的CNT和衬底之间基本上是简单的物理附着力,接触电阻很大,而且由于这种作用力相对较弱,往往会导致发射体本身不稳定.球磨提供了一种改善电学接触的简单有效方法,并且适合于大规模生产CNT场发射冷阴极.     

平面SiC薄膜场致发射的机理研究

碳化硅在场致发射(EE)应用中除了具有金刚石的一般优点之外,还具有易于n型或者p型掺杂的特性.本文用APCVD方法研制了一种SiC薄膜.在FEE测试中发现,其开启场强低达0.3 MV/m.根据电子发射过程的理论分析,得到一种电流随电压指数增加的模式可用于理解场致发射的测试结果.根据这个模型,电子从衬底向薄膜的注入和电子在薄膜中的输运是限制发射的主要因素.由此还可以推测,薄膜中相邻的电子传递中心之间的距离约为0.6 nm.     

放电过程对碳纳米管膜场发射性能的影响

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在不锈钢衬底上直接沉积碳纳米管膜.研究碳纳米管膜在放电过程中对其场发射性能的影响.通过XPS、Raman光谱等手段,分析碳纳米管膜在放电过程中sp2碳和sp3碳含量的变化,对碳纳米管膜场发射性能变化的根源进行研究.结果显示,在放电过程中,碳纳米管膜中sp2碳的含量减少,场发射性能变差.经过分析,我们认为发生这种现象的原因是:发射电子主要是从sp2碳发出的,sp2碳的减少直接影响了发射电子的减少,故其场发射性能降低.     

平栅型双层膜的场致发射性能研究

通过在平栅型基板上,分别溅射氧化铋薄膜和氧化锡薄膜,形成阴极场发射阵列,并在阴极和栅极之间加载脉冲电流,使阴栅级之间的薄膜形成裂缝,并进行场致发射性能测试,测试结果表明,平栅型双层膜发射器件的开启电压随阳极电压增加而降低.在阳压为3000 V,隔离子高度为500 μm时,平栅型双层膜场发射器件的开启电压为110 V,在栅压为110 V时的发射效率为1;左右,随着栅压的增大,发射效率逐渐减小.该双层膜阴极具有均匀的发射性能、良好的栅控能力以及场发射特性.     

PECVD法制备不同衬底微晶硅薄膜的研究

采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)法分别在玻璃衬底和p型薄膜硅衬底上制备了微晶硅薄膜。使用拉曼谱仪、紫外-可见分光光度计、傅里叶红外光谱仪等对微晶硅薄膜进行检测,重点研究了硅烷浓度、衬底温度对薄膜沉积速率和晶化率的影响。实验结果表明:两种衬底上薄膜的沉积速率均随硅烷浓度的增大、衬底温度的升高而变大。硅烷浓度对两种衬底的薄膜晶化率影响规律相同,即均随其升高而降低;但两种衬底的衬底温度影响规律存在差别:对玻璃衬底而言,温度升高,样品晶化率减小;而p型薄膜硅衬底则在温度升高时,样品晶化率先增大后减小。此外还发现,晶化率与薄膜光学性能及含氧量存在较密切关联。     

碳纳米管场发射性能的研究进展

碳纳米管是一种性能优良的场发射冷阴极材料,具有低的阈值电场和高的发射电流密度,在平板显示领域具有广阔的应用前景。本文从Fow ler-Nordhe im s场发射理论出发,阐述了CNT的场发射机制,详细论述了包括CNT的结构、方向性、阵列密度、吸附气体、工作环境等诸多因素对其场发射特性的影响。研究表明,垂直取向,长径比高,密度适中,表面洁净的CNT场增强因子较大,场发射性能较好。     

热蒸发法原位生长-维氧化锌纳米材料及其场发射特性研究

利用磁控溅射在ITO电极上沉积氧化锌薄膜,以氧化锌薄膜为种子层,采用热蒸发法合成ZnO一维纳米材料,利用XRD和SEM方法对氧化锌一维纳米材料的微观结构进行分析,测试其场发射性能.结果显示,氧化锌纳米材料为钉子状结构,每个氧化锌纳米钉由几微米大的钉帽和细棒组成,垂直于基底生长.场发射性能研究表明它具有较低的开启场强,高的发射电流和好的稳定性,是一种优良的冷阴极电子发射源.