電泳法制備石墨烯冷陰極及其場(chǎng)發(fā)射特性研究.pdf

1、電泳法制備石墨烯冷陰極技術(shù)是當(dāng)前最熱門的冷陰極制備技術(shù)之一。石墨烯擁有良好的導(dǎo)電性、高的電子遷移率、高的長徑比，是制備冷陰極的理想電子發(fā)射材料。電泳法以其低成本、裝置簡單、沉積厚度可控、適合大規(guī)模制備等優(yōu)點(diǎn)在冷陰極制備技術(shù)上擁有很大的優(yōu)勢(shì)。研究電泳法制備石墨烯冷陰極的制備技術(shù)有利于石墨烯冷陰極在真空電子器件，特別是場(chǎng)發(fā)射平面顯示器上的推廣與應(yīng)用。
　　論文研究電泳法制備石墨烯冷陰極的場(chǎng)發(fā)射特性主要集中在降低陰極開啟場(chǎng)和閾值場(chǎng)，提高

2、陰極穩(wěn)定性和壽命方面，使其能更好地應(yīng)用在電子真空器件，特別是場(chǎng)發(fā)射平面顯示器件中。為此，論文緊密圍繞以下兩方面展開：
　　一方面，從電泳參數(shù)出發(fā)，通過對(duì)電泳參數(shù)對(duì)制備石墨烯的場(chǎng)發(fā)射特性影響的理論研究，結(jié)合實(shí)驗(yàn)，分析研究怎樣在不同條件下利用電泳法制備出具有好的場(chǎng)發(fā)射特性的石墨烯冷陰極的方法。并重點(diǎn)關(guān)注不同的常用電泳硝酸鹽對(duì)制備的石墨烯冷陰極場(chǎng)發(fā)射性能的影響。研究表明：利用Mg(NO3)2·6H2O制備的冷陰極的開啟場(chǎng)為3.3 V/μ

3、m，閾值場(chǎng)為6.3 V/μm，表現(xiàn)出最佳的場(chǎng)發(fā)射特性。解釋這種現(xiàn)象的原因是因?yàn)樵陉帢O石墨烯表面出現(xiàn)了石墨烯-氧化鎂異質(zhì)結(jié)，在外加電場(chǎng)極化過程中產(chǎn)生了場(chǎng)的增強(qiáng)，從而擁有更好的場(chǎng)發(fā)射特性。
　　另一方面，從石墨烯場(chǎng)致電子發(fā)射的機(jī)理出發(fā)，通過表面改性來改善電泳法制備石墨烯冷陰極的場(chǎng)發(fā)射特性。利用射頻磁控濺射氧化鎂納米顆粒于石墨烯陰極表面來提高其場(chǎng)發(fā)射性能。在利用Zn(NO3)2·6H2O條件下，最佳時(shí)間為20s。場(chǎng)發(fā)射特性測(cè)試表明：濺射

4、氧化鎂顆粒使石墨烯的開啟場(chǎng)從6.3 V/μm降低到3.8 V/μm，閾值場(chǎng)從9 V/μm降低到6.5V/μm，場(chǎng)增強(qiáng)因子從1123提高到了2386。解釋這種現(xiàn)象的原因是因?yàn)閾碛械偷碾娮佑H和勢(shì)的氧化鎂納米顆粒降低了材料表面的功函數(shù)，同時(shí)增加了石墨烯表面電子發(fā)射體的數(shù)量，從而提高了場(chǎng)增強(qiáng)因子。場(chǎng)發(fā)射穩(wěn)定性測(cè)試表明，濺射氧化鎂納米顆粒同時(shí)也提高了陰極場(chǎng)發(fā)射電流的穩(wěn)定性和陰極壽命。由于場(chǎng)致發(fā)射與氣體殘留會(huì)使石墨烯場(chǎng)平面顯示器中真空度下降，該方法