tio2纳米管阵列场发射特性的研究

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1、摘要理想的场发射冷阴极材料要求开启电场低、发射电流密度大、性能稳定。目前常用的冷阴极材料有金属材料、半导体材料、碳化物材料、氧化物材料等，研究表明大部分材料或者功函数大需要很高的驱动电压、或者化学活性高致使发射体劣化、或者发射电流密度小不满足调制要求等缺陷。针对上述问题，对场发射材料的研发主要采取继续研制新的材料和对现有材料从组分、几何结构方面进行修饰改性两种技术途径。二氧化钛纳米管阵列有较低的功函数；长径比大和末端曲率半径小的几何特征，可大幅度提高局域场增强因子；比表面积大，易于异质材料修饰形成复合材料；而且制备工艺简便，适宜于作场发射体。然而该纳米阵列体系在场发射应用方面的研究较少，因

2、此，本论文以“TiO2纳米管阵列的场发射特性研究”为题，研究了TiO2/Ti纳米管阵列的制备工艺及其场发射特性。主要述及以下几方面的研究工作：1.改进了阳极氧化系列反应装置（可制备氧化铝（AAO）、二氧化钛纳米管（多孔）阵列、电化学沉积等）。搭建了低气压化学气相沉积（LCVD）系统（最高温度~1000℃，极限真空10Pa，气体流量可控）和高真空场致电子发射测试系-6统（极限真空10Pa）。2.在HF水溶液中对Ti箔进行阳极氧化，得到高度有序、分布均匀、垂直取向的TiO2纳米管阵列结构。通过调节阳极氧化电压、退火等工艺条件实现了结构参数和晶化程度的有效控制，进而实现了结构参数对其场发射特性的

3、调制。结果表明：在一定范围内，氧化电压的增加有助于场发射性能的提高。3.对TiO2纳米管阵列进行修饰。用低气压化学气相沉积方法在TiO2纳米管阵列模板微孔内生长碳纳米管、塔状金刚石纳米棒，形成CNTs/TiO2/Ti、DNRs/TiO2/Ti纳米复合结构,并研究了复合结构场电子输运和发射特性。结果表明：经碳纳米管和金刚石纳米棒修饰后，TiO2纳米管阵场发射性能显著提高，开启电场由11.5V/µm分别降至1.2V/µm、3.0V/µm，且场发射稳定性增加。关键词：TiO2纳米管阵列；场发射；碳纳米管；金刚石纳米棒IAbstractAnidealmaterialforfieldemission

4、shouldhavelowworkfunction,goodchemicalstabilityhighaspectratioetc.Inrecentyears,manykindsofmaterialssuchasmetal,semiconductor,carbonandoxidearecommonlyusedforfieldemission.Yet,mostmaterialspossessmoreorlessdefectslikehighworkfunction,highchemicalactivity,lowemissioncurrent,etc.Theemittersneedhighd

5、rivingvoltageandeasilydegrade.Thereby,twokindsofrouteareusedfordevelopingfieldemissionmaterials.Oneofroutesistosearchnewmaterials;theotheristomodifysuchmaterialsinstructureandthechemicalcomposition.Fortunatly,TiO2nanotubearrayswithlowworkfunctionpossesshighaspectratioopenedtipswhichcanefficientlyi

6、mprovethefieldenhancementfactor.Theyalsocaneasilymodifyintocompositematerialsfortheirlargerspecificsurfacearea.Furthermore,theycanbepreparedbysimplemethods.ThereisnodoublethatTiO2nanotubearrayswouldbesuitableforelectronemitterapplications.However,fewworksoftheirfieldemissionhavebeenreported.Thisdi

7、ssertationtitled“FieldemissionfromTiO2nanotubearrays”focusesonthefabricationandfieldemissionpropertiesofTiO2/Tinanotubearrays.Mainlyworksandresultsareasfollowing:1.Thedevicesofanodization(whichcanbeusedtosynthesi