熱絲法制備氧化鎢納米結(jié)構(gòu)及其場致電子發(fā)射特性研究.pdf

1、氧化鎢是一種重要的功能材料，以氧化鎢薄膜為核心的器件已經(jīng)在電致變色、氣致變色和氣體傳感器等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。由于氧化鎢納米結(jié)構(gòu)具有非常獨(dú)特的物理化學(xué)特性，可望在冷陰極、氣體傳感器、顯示單元等新型器件中獲得應(yīng)用，因此引起了人們的興趣，然而，如何對氧化鎢納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行可控制備仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。 本博士論文首先綜述了納米材料的制備方法、經(jīng)典的場致電子發(fā)射理論及其常用的實(shí)驗(yàn)研究方法。接下來論文介紹了我們用熱絲蒸發(fā)法制備各種氧化

2、鎢納米結(jié)構(gòu)的制備條件、氧化鎢納米結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理和氧化鎢納米結(jié)構(gòu)的場致電子發(fā)射特性的研究結(jié)果。本論文的主要研究結(jié)果可以概括如下： 1、自行建立了一套熱絲蒸發(fā)系統(tǒng)，并應(yīng)用該系統(tǒng)制備了各種氧化鎢納米結(jié)構(gòu)，包括納米線、納米管、納米棒、納米束、納米片和三維結(jié)構(gòu)，其中合成的納米束結(jié)構(gòu)尚未見其他研究者報(bào)道。系統(tǒng)研究了熱絲溫度、蒸發(fā)源與襯底之間的距離、生長時(shí)間和系統(tǒng)含氧量對制備結(jié)構(gòu)的影響，指出熱絲溫度是決定不同氧化鎢納米結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵參數(shù)。

3、 2、從固一液(VS)機(jī)制的成核理論出發(fā)，研究了納米結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理，認(rèn)為氣相基團(tuán)的過飽和度和晶面表面能是決定各種納米結(jié)構(gòu)生長的最根本原因。對一維納米棒提出“核-納米線-納米管-納米棒”的生長模型；在納米棒生長機(jī)理的基礎(chǔ)上，對納米束的生長提出二次成核模型；對三維結(jié)構(gòu)的生長機(jī)理做了研究，認(rèn)為三維結(jié)構(gòu)是在氧化鎢體內(nèi)存在負(fù)的溫度梯度的條件下，由氧缺位引起的；對二維結(jié)構(gòu)的納米片的生長機(jī)制進(jìn)行了探討，用晶面生長競爭機(jī)制解釋其外形不規(guī)則的原因。對生長

4、機(jī)制的研究表明，熱絲蒸發(fā)法可以在襯底表面產(chǎn)生高的氣相基團(tuán)過飽和度，各種納米結(jié)構(gòu)的生長可以通過控制過飽和度實(shí)現(xiàn)。這對了解氧化鎢納米結(jié)構(gòu)的生長和實(shí)現(xiàn)可控生長具有一定意義。 3、測試了氧化鎢納米棒陣列、納米束陣列和三維結(jié)構(gòu)的場致電子發(fā)射特性并研究其影響因素。納米棒陣列的最低開啟電場為2.5 MV/m，場發(fā)射像較為均勻。納米棒陣列的場發(fā)射性能主要與納米棒的排列密度，排列方向有關(guān)。納米束陣列的最低開啟電場為2.9 MV/m，場發(fā)射像在這三