SiC柔性場(chǎng)發(fā)射陰極材料制備與精細(xì)調(diào)控及其電子發(fā)射特性.pdf

1、場(chǎng)發(fā)射是低維納米材料的固有特性之一，在顯示和真空電子等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景，其真正應(yīng)用的關(guān)鍵基礎(chǔ)是如何降低其開(kāi)啟電場(chǎng)并提高其電子發(fā)射穩(wěn)定性。本論文圍繞新穎高效的SiC柔性場(chǎng)發(fā)射陰極材料的研發(fā)，基于局域場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)和摻雜改性調(diào)控費(fèi)米能級(jí)附近的電子態(tài)密度等原理，系統(tǒng)探索和優(yōu)化了有機(jī)前驅(qū)體熱解工藝，通過(guò)控制降溫速率和熱解氣氛兩個(gè)關(guān)鍵工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了SiC單晶低維納米材料形貌及其摻雜的精細(xì)控制，達(dá)到了對(duì)其場(chǎng)發(fā)射性能的強(qiáng)化，實(shí)現(xiàn)了具有良好柔性、低

2、開(kāi)啟電場(chǎng)和高電子發(fā)射穩(wěn)定性的SiC場(chǎng)發(fā)射陰極材料的研發(fā)。綜合本論文工作，所取得的成果如下：
　?。?）采用有機(jī)前驅(qū)體熱解工藝，以聚硅氮烷（PSN）為前驅(qū)體，N2/Ar混合氣體為保護(hù)氣氛，其中PSN提供SiC生長(zhǎng)所需Si和C源，保護(hù)氣氛中的N2提供N摻雜源，以碳纖維布為襯底，實(shí)現(xiàn)了柔性N摻雜SiC準(zhǔn)納米線陣列場(chǎng)發(fā)射陰極的制備。研究結(jié)果表明，所制備的材料具有很高的柔韌性，當(dāng)陰陽(yáng)極間距為400～800μm時(shí)，其開(kāi)啟電場(chǎng)為1.90~2.6

3、5 V/μm。
　　（2）采用有機(jī)前驅(qū)體熱解工藝，通過(guò)控制降溫速率，實(shí)現(xiàn)了柔性N摻雜SiC納米針尖準(zhǔn)陣列結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的精細(xì)控制。場(chǎng)發(fā)射研究結(jié)果表明，通過(guò)對(duì)柔性SiC納米針尖準(zhǔn)陣列結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)的控制，能夠顯著降低其開(kāi)啟電場(chǎng)，從傳統(tǒng)柔性SiC納米線場(chǎng)發(fā)射陰極材料的開(kāi)啟電場(chǎng)為2.19 V/μm降低至1.15 V/μm。
　?。?）研究了柔性N摻雜SiC納米針場(chǎng)發(fā)射陰極材料的高溫場(chǎng)發(fā)射特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的SiC場(chǎng)發(fā)射陰極材料能夠勝任

4、高溫等苛刻服役條件，其開(kāi)啟電場(chǎng)隨溫度的升高而降低，歸因于其功函數(shù)隨溫度的升高而降低。
　?。?）采用有機(jī)前驅(qū)體熱解工藝，通過(guò)同時(shí)調(diào)控降溫速率和N2/Ar混合氣成分，達(dá)到了摻雜和形貌的協(xié)同控制效果，實(shí)現(xiàn)了SiC針尖狀結(jié)構(gòu)及其 N摻雜濃度的協(xié)同控制。場(chǎng)發(fā)射研究結(jié)果表明，在摻雜濃度為4.39~7.58 at.％時(shí)，其開(kāi)啟電場(chǎng)為1.38~1.11 V/μm，表明所制備的SiC場(chǎng)發(fā)射陰極材料具有優(yōu)異的電子發(fā)射性能；所制備的SiC場(chǎng)發(fā)射陰極材

5、料經(jīng)200次反復(fù)彎曲后，其開(kāi)啟電場(chǎng)基本保持不變，在不同彎曲狀態(tài)下，其電子發(fā)射穩(wěn)定性基本保持不變，表明所制備的柔性SiC場(chǎng)發(fā)射陰極材料具有良好的力學(xué)穩(wěn)定性。
　?。?）采用有機(jī)前驅(qū)體熱解工藝，以純 Ar氣為保護(hù)氣氛，實(shí)現(xiàn)了柔性 P摻雜單晶SiC納米顆粒場(chǎng)發(fā)射陰極材料的制備。場(chǎng)發(fā)射研究結(jié)果表明，P摻雜能夠顯著降低SiC場(chǎng)發(fā)射陰極材料的開(kāi)啟電場(chǎng)。其不同彎曲次數(shù)和彎曲狀態(tài)下以及不同溫度下的電子發(fā)射性能測(cè)試結(jié)果表明，P摻雜柔性SiC場(chǎng)發(fā)射陰