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.     

氧化锌纳米线场发射第一性原理研究

本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,研究了不同横截面氧化锌纳米线(ZnONW)的结构稳定性和场致发射特性.结果表明:ZnONW的直径越大,原子弛豫后Zn-O键键长变化越小,体系越稳定;随外加电场增强,长径比较大的纳米线体系态密度(DOS)和分波态密度(PDOS)均向低能方向移动,最高占据分子轨道(HOMO)-最低未占据分子轨道(LUMO)能隙减少,体系电荷移向NW顶端.DOS/PDOS,HOMO/LUMO,能隙及有效功函数分析结果表明,具有较小横截面积的NW-1场发射性能最佳.     

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.     

氧化锌纳米棒的制备及其光电性能的研究

以硝酸锌Zn(NO3)2·6H2O和六次甲基四胺(HMT)为原料,通过水热法制备出氧化锌纳米棒,研究了反应时间和冷却时间对产物形貌和尺寸的影响.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、光致发光谱(PL)、紫外-可见光谱、红外光谱(FT-IR)表征产物的结构和性能.结果表明,反应时间为6 h和急速冷却至室温条件下合成样品为六方纤锌矿氧化锌纳米棒,平均直径为300 nm;样品具有良好的结晶质量和发光性能,样品在200～400nm有较强的紫外吸收性能;FT-IR图谱表明产物在430 cm-1左右出现了Zn-O特征吸收峰,并有所红移;样品的开启场强为2.2 V/μm,场增强因子为2550,当场强为4.75 V/μm时,电流密度可以达到0.7 mA/cm2,是一种性能优良的冷阴极电子发射源.     

旋涂法制备纳米ZnO阴极涂层及场发射性能

采用水热法制备了烟花状的纳米氧化锌,用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品的结构和形貌进行了表征与分析.然后通过旋涂技术将掺入不同质量的氧化锌沉积到镍衬底上,经过热处理后进行了形貌表征和场发射特性的测试.结果表明:制备的样品是六方纤锌矿结构的花状纳米晶,镍基片上沉积的纳米ZnO涂层具有突出的发射体尖端且分布较均匀;在一定范围内,电流密度随掺杂氧化锌粉末的增多而增大,开启场强逐渐下降.原因是随着ZnO的增加,有效地增强了涂层的电子输运能力,增加了有效发射体数目进而提高了场增强因子.最后,分析了涂层的场发射机制.     

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.     

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.     

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.     

ZnO纳米锥场发射效应因子计算及其第一性原理研究

建立ZnO-NC(氧化锌纳米锥)数学模型,对静电场中其尖端的电势和电场进行数值计算,得到场发射效应因子表达式为β=H/8πε0·h/d(其中h和d分别为ZnO-NC的高度和尖端直径);在此基础上,采用第一性原理计算方法,进一步研究了不同高度ZnO-NC的场发射性能,结果表明:在ZnO-NC结构稳定的情况下,随着h的增加其尖端场发射效应因子β增大,根据DOS(态密度)、电子密度、Mulliken电荷、能隙及有效功函数的计算,可知h对尖端场发射性能影响显著,通过控制ZnO-NC的高度可有效提高其场发射性能.     

过渡层对纳米非晶碳薄膜场发射性能的影响

采用微波等离子体化学气相沉积法在经研磨处理后的Si(111)面上制备出了纳米非晶碳薄膜.为改善薄膜的场发射性能,在研磨好的Si基底上运用直流磁控溅射法沉积了一层金属过渡层.本文分别选择三种常见金属:钛(Ti)、鉬(Mo)、镍(Ni)来作对比试验.结果发现用钛作为过渡层时薄膜场发射效果最好,主要表现为开启电场低,同一电场下发射电流大,发射点密度较大且分布均匀等.利用迭代法计算了钛作为过渡层时制备的纳米非晶碳薄膜的有效发射面积和功函数.     

电沉积法制备ZnO纳米棒阵列及其发光特性

本文以掺F的SnO2导电玻璃为基板,以硝酸锌水溶液为电解液,采用三电极恒电位体系电沉积制备ZnO纳米棒阵列,系统考察了硝酸锌浓度和沉积电位等工艺参数对ZnO纳米棒阵列的微观形貌及其发光性能的影响规律.结果表明,硝酸锌浓度和沉积电位对纳米棒阵列的形貌有显著影响,控制适宜的工艺条件可以制备出直径分布均匀、结晶性好且纯度高的六方纤锌矿ZnO纳米棒阵列.荧光光谱分析表明,电沉积制备出的ZnO纳米棒阵列在385 nm附近有一个强荧光发射峰,且发光性能稳定、对纳米棒阵列微观形貌的细微变化不敏感,使其在发光二极管和激光器等领域具有广阔的应用前景.     

ZnO超细纳米线阵列的制备及其电化学性能

以Zn(NO₃)₂· 6H₂O和C₆H₁₂N₄为原材料,采用二步水热法在碳纤维布上合成了形貌尺寸均匀的ZnO超细纳米线阵列。用 X 射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对其晶体结构和形貌进行了表征,利用恒流充放电测试等手段对其进行电化学性能测试。测试结果表明,材料表现出优异的电化学性能。在200 mA/g的电流密度下循环150次后,ZnO超细纳米线阵列仍然约有730 mAh/g的充放电比容量,库伦效率保持在95%以上。在1 200 mA/g的大倍率条件下,材料的充放电比容量依旧可达481 mAh/g左右,表现出十分良好的循环稳定性和可逆性能,是一种较为理想的锂离子电池负极复合材料。     

水热法辅助溶胶-凝胶法制备Al∶ZnO纳米棒阵列及发光性能研究

采用水热法结合溶胶-凝胶法在SiO2基片上制备了不同Al含量掺杂的ZnO纳米棒阵列.通过X射线衍射仪(XRD),电子扫描显微镜(SEM),透射光谱和光致发光光谱仪(PL)等测量手段,分析了Zn1-xAlxO薄膜样品的微结构、表面形貌、透射及光致发光特性.结果表明,制备出的Zn1-xAlxO薄膜具有良好的结晶质量和明显的沿(002)方向择优取向生长.透射谱分析显示,样品的吸收边随Al含量的增加出现明显的红移现象.PL谱分析表明,掺杂Al以后,薄膜出现强的橙红光发射光谱带,通过谱线拟合,发现在可见光波段的缺陷发光主要是位于能量为1.92eV和2.15 eV的红光及黄光发射,主要发光机理为Zn,缺陷发射.     

超声喷雾热分解法制备ZnO薄膜及衬底温度对其性能的影响

以醋酸锌水溶液为前驱体溶液,采用超声喷雾热分解法在玻璃衬底上制备得到了温度在350℃到450℃范围内的ZnO薄膜.用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)及紫外-可见分光光度计分析了ZnO薄膜的晶体结构、微观形貌及其光学性质,重点探究了衬底温度对ZnO薄膜生长过程及微观结构的影响.分析表明:制备的ZnO薄膜为六角铅锌矿结构,衬底温度对薄膜的质量有着重要的影响;所得薄膜在400℃时结晶性能好,沿c轴择优取向生长,具有优良的均匀性和致密性;所制备的薄膜在可见光区透过率高达86;以上,在紫外光区吸收强烈.     

单晶TiO2纳米线束阵列的水热合成及场发射性能研究

采用水热合成技术,以钛酸丁酯、盐酸和去离子水作为前驱物,在透明导电玻璃(FTO)衬底上合成了垂直于衬底牛长的二氧化钛(TiO2)纳米线束阵列.纳米线束呈四方柱状结构,宽度100～200nm,长度约3μm.HRTEM表明每根纳米线束实际上是由20～40根直径约为4～6 nm的细小纳米线聚集在一起而形成的.系统研究了盐酸浓度对纳米线生长的影响,分析了盐酸在晶体生长中的作用.研究了TiO2纳米线束阵列的场致电子发射特性,其场发射开启电场为5.7 V/ μm(对应电流密度10μA/ cm2),阈值电场为9.5 V/ μm,同时表现出较好的场发射稳定性.低的合成温度和好的场发射性能表明TiO2纳米线束阵列在场发射冷阴极器件上具有良好的应用前景.     

电沉积制备金属锡薄膜负极材料及其电化学性能研究

通过电沉积法,控制电流密度在铜箔上得到不同形貌的金属锡薄膜,采用扫描电子显微镜、X射线衍射、恒流充放电测试、循环伏安、交流阻抗法对其进行物理和电化学性能表征。结果表明:当电流密度为2 mA/cm²,所得金属锡薄膜表面最为致密,结晶度最高;将其作为负极材料组装成CR2025扣式电池,首次放电比容量为752 mAh/g,库伦效率为81.65%;30个循环后,放电比容量仍然维持在350 mAh/g。此外,该金属锡薄膜电极具有较高的电子导电性和锂离子扩散能力,其电荷转移电阻和锂离子扩散系数分别为113.3Ω和8.968×10^-17 cm²/s。     

反向微乳液法合成ZnO纳米棒及其生长机理研究

采用对比实验法,利用表面活性剂CTAB、正己烷、异丙醇和Zn2水溶液组成的反向微乳液体系制备了ZnO纳米棒,探讨了组成及工艺因素对纳米棒形貌影响,采用XRD和SEM分析技术对实验产物物相结构及形貌进行了表征.结果表明,通过调控Zn2+水溶液的浓度、水相含量与表面活性剂加入量的物质的量比(W)能更有效的控制ZnO纳米棒的长径比.     

籽晶辅助化学水浴沉积法制备ZnO纳米棒阵列

采用籽晶辅助化学水浴沉积法,即先用磁控溅射法在硅片上制备c轴取向的ZnO薄膜,以此作为籽晶层,利用化学水浴沉积法制备ZnO纳米棒阵列.利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD),研究了ZnO薄膜籽晶层的沉积温度、水浴温度和前驱体溶液中Zn源的初始浓度等对ZnO纳米棒阵列生长的影响,由此得到了结晶性好且几乎垂直于衬底方向的ZnO纳米棒阵列的生长条件,为制备基于ZnO纳米棒阵列的器件提供了条件.     

溶胶-凝胶法制备ZnO薄膜及其微结构特性研究

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)制备氧化锌(ZnO)薄膜,研究镀膜层数和退火温度对ZnO薄膜晶体结构、光谱性质及表面形貌的影响.X射线衍射谱测试表明,退火温度为600℃、镀膜层数为10层时制备样品的晶粒尺寸最大,结晶度最好.紫外-可见透过谱发现,样品退火后其透过率曲线变得陡直,光学带隙随退火温度升高而逐渐减小.光致发光谱测试显示,ZnO薄膜的发光谱包含388 nm和394 nm附近的两个主要发光峰,分别对应于本征发射和缺陷发射,其强度随退火温度升高呈现相反的变化.原子力显微照片则显示了随退火温度的升高制备样品表面晶粒的分布趋于均匀而致密.