N摻雜SiC一維納米材料的制備、場發(fā)射性能及第一性原理計算.pdf

1、本文主要研究了利用不同的C源和N摻雜劑，采用化學氣相反應法制備了高質(zhì)量的N摻雜SiC一維納米材料，并探索了聚合物直接裂解法制備SiC/SiO2同軸納米電纜及N摻雜SiC/SiO2同軸納米電纜，并對不同工藝條件下所得產(chǎn)物的生長機理進行了探討;采用場發(fā)射測試系統(tǒng)對產(chǎn)物進行了場發(fā)射性能測試;利用基于密度泛函理論的第一性原理贗勢法分析了N摻雜對產(chǎn)物場發(fā)射性能的影響機理。主要研究結(jié)果如下:
　　以Si/SiO2混合粉體為Si源，以同時提供C

2、源和N源的C3H6N6為摻雜劑，采用化學氣相反應法制備了(1)N摻雜SiC一維納米材料。研究了原料m(Si/SiO2)∶m(C3H6N6)質(zhì)量比、合成溫度、保溫時間等對產(chǎn)物形貌及場發(fā)射性能的影響規(guī)律，并對其生長和對場發(fā)射性能影響的機理進行了探討。得到的優(yōu)選工藝為:原料m(Si/SiO2)∶m(C3H6N6)質(zhì)量比1∶3、合成溫度1250℃、保溫時間25min。優(yōu)選工藝條件下所得產(chǎn)物純度較高，直徑尺寸均勻，大約為80nm，長度可達數(shù)十微米

3、，納米線為具有立方結(jié)構(gòu)的β-SiC單晶，其開啟電場和閾值電場分別為1.5V/μm和3.5V/μm。
　　以Si/SiO2混合粉體為Si源，以同時提供C源和N源的CO(NH2)2為摻雜劑，采用化學氣相反應法制備N摻雜SiC一維納米材料。研究了原料m(Si/SiO2)∶m(CO(NH2)2)質(zhì)量比、合成溫度、CO(NH2)2保溫溫度等對產(chǎn)物形貌及場發(fā)射性能的影響規(guī)律，并對其生長和對場發(fā)射性能影響的機理進行了探討。得到的優(yōu)選工藝為:原料

4、m(S i/SiO2)∶m(CO(NH2)2)質(zhì)量比1∶3、合成溫度1250℃、CO(NH2)2保溫溫度250℃。優(yōu)選工藝條件下所得產(chǎn)物純度較高，直徑尺寸均勻，大約為80nm，長度可達數(shù)十微米，納米線為具有立方結(jié)構(gòu)的β-SiC單晶，其開啟電場和閾值電場分別為1.9V/μm和4.0V/μm。
　　以PCS或PCS和C3H6N6為原料采用聚合物直接裂解法，在1200℃下保溫2h制備出大量的β-SiC/SiO2及N摻雜β-SiC/SiO

5、2同軸納米電纜，該種電纜純度較高，表面均勻，長度可達數(shù)十微米，而且由直徑為30-60nm的單晶β-SiC暗色核心和厚度為15-20nm的非晶SiO2亮色外殼組成。對PCS裂解機理和SiC/SiO2同軸納米電纜生長機理進行了探討。場發(fā)射測試結(jié)果表明，β-SiC/SiO2納米電纜的開啟電場和閾值電場分別為3.2V/μm和6.5V/μm，而N摻雜β-SiC/SiO2納米電纜的開啟電場和閾值電場分別為2.5V/μm和5.3V/μm，相比未摻雜的