[發明專利]SiC柔性場發射陰極材料

有效

• 申請號: 201310230977.8
• 申請日: 2013-06-08
• 公開（公告）號: CN103311068B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 楊為佑;陳善亮;王霖
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種SiC柔性場發射陰極材料的制備方法，屬材料制備技術領域。

背景技術

柔性電子器件在電子織物、分布式傳感器、紙上顯示器以及建筑物表面的大型彎曲顯示等領域具有廣泛的發展前景。因而，利用納米半導體組元構建兼具機械柔性和優越性能的功能柔性系統，是當前國內外活躍的研究熱點之一。自納米碳管被發現以來，低維納米材料的制備科學及其器件應用一直是納米科技中的研究重點和熱點，已成為研究材料的電學、熱學和力學性能與維度和量子限制效應相關性的一種有效研究系統，作為連接和功能單元在微納器件中將發揮越來越重要的作用，有望為新穎高效的光電器件取得重大突破提供契機。

場發射是低維納米材料的固有特性之一。大量研究結果表明，納米結構具有傳統材料所不具備的優異場發射性能，在顯示等光電器件領域具有巨大的潛在應用前景。然而，基于低維納米結構的場發射陰極材料得以真正應用還有賴于其性能的進一步改善和提高，比如獲得更低的開啟和閾值電場等。

SiC是繼第一代(Si)和第二代(GaAs)半導體材料之后發展起來的第三代半導體材料。與其傳統體材料相比，低維SiC納米結構具有優異的物理和化學性能，比如高的禁帶寬度、高的熱導率和電子飽和遷移率、小的介電常數和較好的機械性能等特性，在用作場發射陰極材料等領域有著廣泛的應用前景，近十年來頗受關注。1999年，Wong等人首次報道了SiC納米線的電子發射特性，結果表明其開啟電場很低，約為20V/μm，閾值電場約為30V/μm，且具有很高的電子發射穩定性。隨后，國內外大量的工作報道了不同形貌的SiC低維納米結構的場發射特性，如SiC納米線的開啟電場為3.33-10.1V/μm，SiC納米帶的開啟電場為3.2V/μm，SiC納米棒的開啟電場為13-27V/μm，SiC/Si納米異質結構的開啟電場為2.6V/μm，SiC/SiO₂納米電纜的開啟電場為3.3～4.5V/μm，陣列化SiC納米線的開啟電場為0.7-1.5V/μm，閾值電場為2.7V/μm。這些研究結果表明，SiC低維納米材料具有優異的電子發射能力，被認為是場發射陰極材料的優異候選材料。

然而，已有研究工作主要集中在基于硬性襯底上(如Si片和金屬片等)的SiC場發射陰極材料，其柔性場發射陰極材料的研發鮮有文獻報道。本發明通過有機前驅體熱解法，以碳布為柔性襯底，實現了柔性SiC準定向生長的納米線陣列結構的制備，進而實現SiC柔性場發射陰極材料的制備。場發射性能檢測結果表明，所制備的SiC柔性場發射陰極材料具有優異的電子發射特性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種制備SiC柔性場發射陰極材料的方法。本發明方法能夠實現SiC納米線在碳布襯底上的準定向生長，進而實現SiC柔性場發射陰極材料的制備。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：該制備SiC柔性場發射陰極材料的方法，包括以下具體步驟：

1)有機前驅體熱交聯固化和粉碎；

2)碳布浸漬在一定濃度的催化劑乙醇溶液中，并超聲處理10s，取出后自然晾干備用；

3)將粉碎得到的粉末置于石墨坩堝中，并將經浸漬處理的碳布襯底放置在坩堝頂部；

4)將石墨坩堝及襯底一起置于氣氛燒結爐中，在氮氬混合氣的氣氛保護下加熱至一定溫度；

5)隨爐冷卻至室溫，實現以碳布為襯底的柔性SiC準定向納米陣列的制備。

6)將SiC準定向納米陣列結構用作場發射陰極材料進行場發射性能檢測和分析。

所述步驟(1)中，使用的原料為聚硅氮烷，亦可使用其他含Si和C元素的有機前驅體。

所述步驟(2)中，采用碳布作為柔性襯底，采用0.05mol/L Co(NO₃)₂的乙醇溶液浸漬碳布引入催化劑，亦可采用其他濃度的催化劑溶液浸漬碳布實現催化劑的引入。

所述步驟(4)中，所采用的燒結設備為石墨電阻氣氛燒結爐，熱解溫度為1500～1550℃，所采用的保護氣氛為N₂∶Ar＝5∶95的混合氣(體積比)，純度為99.99％，亦可采用其他的氣氛燒結爐和其他不同成分比的氮氬混合氣作保護氣氛。

所述步驟(6)中，場發射性能測試中，陰極為SiC柔性準定向納米陣列，陽極為不銹鋼，場發射測試儀器的真空度為3×10^-7Pa，場發射測試在室溫下進行，陰、陽極距離設置為400～800μm，電壓-電流曲線由Keithley248高壓電源測定。