TiO2納米管有序陣列膜的可控碳摻雜及其場致電子發(fā)射特性研究.pdf

1、TiO2納米管陣列結(jié)構(gòu)具有較低的功函數(shù)(4.5eV)，有長徑比大和末端曲率半徑小的幾何特征，且制備工藝簡便、成本低，可作為一類很有研發(fā)前途的場致電子發(fā)射體材料。而當(dāng)前研究面臨的難題一是要進(jìn)一步降低TiO2納米管陣列膜仍的開啟電場，二是要進(jìn)一步提高其發(fā)射電流密度。鑒于碳摻雜或修飾可在TiO2納米管陣列膜帶隙中引入雜質(zhì)能級，提升費(fèi)米能級，進(jìn)而改善其場致電子發(fā)射性能。且通過摻雜量、摻雜溫度等參數(shù)的調(diào)節(jié)可深入了解摻雜TiO2納米管陣列膜場致電子

2、發(fā)射性能改善的機(jī)理和優(yōu)化的規(guī)律。本論文在小組已有研究工作基礎(chǔ)上，以“TiO2納米管有序陣列膜的可控碳摻雜及其場致電子發(fā)射特性研究”為課題開展了較為深入的研究工作。主要述及以下兩方面的研究內(nèi)容和成果：
　　1、采用陽極氧化法制備了高度有序的TiO2納米管陣列膜，在550℃下用化學(xué)氣相法實(shí)施碳摻雜，通過乙炔流量的控制實(shí)現(xiàn)對碳摻入量的精確控制；用場發(fā)射掃描電子顯微鏡、X-射線衍射儀、X-射線光電子能譜儀等儀器對樣品的表面形貌、物相、成分

3、等進(jìn)行表征，并研究了樣品的場致電子發(fā)射特性。研究結(jié)果表明，550℃時(shí)碳摻雜并未改變TiO2納米管有序陣列膜的幾何特征，而是增加了材料的電子濃度，提升了費(fèi)米能級，降低了有效功函數(shù)，從而改善了樣品的場致電子發(fā)射性能。更重要的是，碳摻入量的調(diào)節(jié)可實(shí)現(xiàn)對TiO2納米管有序陣列膜場致電子發(fā)射性能的優(yōu)化，譬如，碳摻入量分別為0.62、0.82、1.81、3.31at.％時(shí)，樣品開啟電場分別為11.60、6.35、4.10、5.77V/μm，而閾值電

4、場分別為19.1、14.4、6.7和13.9V/μm。當(dāng)碳摻入量為1.81at.%時(shí)，樣品具有最優(yōu)的場致電子發(fā)射性能。
　　2、采用陽極氧化法制備了TiO2納米管有序陣列膜，并在750℃高溫下實(shí)施碳化處理。研究結(jié)果表明，高溫碳化處理后的樣品基本保持了TiO2納米管有序陣列膜完整的形貌結(jié)構(gòu)，但樣品表面的粗糙度有所增加，微結(jié)構(gòu)中有TiOxCy相產(chǎn)生，亦使樣品的電導(dǎo)率提高、費(fèi)米能級上移。初步研究表明，經(jīng)高溫碳化處理的TiO2納米管有序陣