六硼化镧纳米结构阵列薄膜的制备及场发射性能研究

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1、学校代号10532学号S151301195分类号TB43密级公开硕士学位论文六硼化镧纳米结构阵列薄膜的制备及场发射性能研究学位申请人姓名陈宋郊培养单位材料科学与工程学院导师姓名及职称周灵平教授杨武霖助理教授学科专业材料科学与工程研究方向纳米材料及薄膜材料论文提交日期2018年5月学校代号：10532学号：S151301195密级：公开湖南大学硕士学位论文六硼化镧纳米结构阵列的制备及场发射性能的研究学位申请人姓名：陈宋郊导师姓名及职称：周灵平教授杨武霖助理教授培养单位：材料科学与工程学院专业名称：材料科学与工程

2、论文提交日期：2018年5月30日论文答辩日期：2018年5月31日答辩委员会主席：陈小华教授TheResearchonPreparationandFieldEmissionPropertiesofLanthanumHexaborideNanostructureArraysFilmbyCHENSongJiaoB.E.(HunanUniversityofTechnology)2015AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegre

3、eofMasterofEngineeringinMaterialsEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorZHOULingpingProfessorAssistantYANGWulinMay，2018湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人

4、和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密，在年解密后适用本授权书。2、不保密。(请在以上相应方框内打“√”)作者签名：日期：年月日导师签名：日

5、期：年月日I六硼化镧纳结构阵列的制备薄膜及场发射性能的研究摘要六硼化镧(LaB6)组合了优异场发射阴极材料所需要的特性，是一种理想的场发射阴极候选材料，在透射电子显微镜、高频电子设备、传感器以及显示器等方面具有广阔的应用前景。场发射纳米结构阵列是一种优异场发射阴极结构，然而，目前对于制备LaB6纳米结构阵列存在困难。本文在阳极氧化铝模板上，通过磁控溅射LaB6制备纳米结构阵列。系统研究了阳极氧化铝模板形貌对辅助制备的纳米结构阵列形貌和场发射性能的影响，进一步研究离子束处理对纳米结构阵列形貌和场发射性能的影响。

6、主要研究结果如下：用阳极氧化法制备了三类特征的阳极氧化铝模板，截面特征、孔径特征以及孔深特征的模板。在草酸溶液中，通过调整阳极氧化的步骤，制备了截面特征为U形和V形的模板；通过优化硬质阳极氧化，在不同阳极氧化电压下制备孔径特征为130nm和180nm的模板；通过控制第二次阳极氧化的时间，制备了三种孔深为240nm、620nm和1600nm的孔深特征模板。AAO模板辅助法可以有效制备高度有序且垂直排列的六硼化镧纳米结构阵列。U形和V形截面特征模板可以辅助制备纳米管阵列和纳米棒阵列，孔径为130nm和180nm的

7、孔径特征模板可以辅助制备部分开口纳米管和闭口纳米管阵列，孔深为240nm、620nm和1600nm的孔深特征模板可以辅助制备闭口纳米管、闭口纳米管和开口纳米管。孔深特征模板辅助制备的开口纳米管阵列具有很好的场发射性能，低的开启场强6.8V/μm，以及高的场增强因子496。离子束斜角和垂直轰击均可以有效调节LaB6纳米结构阵列的形貌，增强LaB6纳米结构阵列的场发射性能。随着轰击时间的延长，闭口纳米管逐渐转变为开口纳米管。当斜角轰击时间为90s，垂直轰击时间为30s，闭口纳米管均全部转变为开口纳米管且顶部存在锐

8、利的边缘。随着离子束轰击时间的延长，LaB6纳米结构表面B/La原子比例逐渐减少，La原子在表面富集有利于减少表面电子逸出的真空势垒，从而降低逸出功。结合微观形貌和表面原子比例的变化，当斜角轰击90s，开启场强从8.2降低至6.8V/μm，电强度场为11V/μm，发射电流密度增加5.5倍；当垂直轰击30s，开启场强从8.2降低至6.9V/μm，发射电流密度增加6.2倍。闭口结构转变为开口结构和La原