[發(fā)明專(zhuān)利]通過(guò)場(chǎng)發(fā)射自加熱誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)改善結(jié)晶性的方法和裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610028921.8
• 申請(qǐng)日: 2016-01-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105668513A
• 公開(kāi)（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧少芝;沈巖;許寧生;陳軍;佘峻聰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中山大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B82B3/00
• 分類(lèi)號(hào): B82B3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州新諾專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 44100
• 代理人: 華輝;林玉芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米結(jié)構(gòu)晶體改善技術(shù)，特別是一種通過(guò)場(chǎng)發(fā)射自加熱誘導(dǎo)一維 或二維納米材料改善結(jié)晶性的方法和裝置，屬于納米材料和真空微納電子領(lǐng)域。

技術(shù)背景

晶體的不完整性是在晶體形成時(shí)引起的，可以說(shuō)，完全消除晶體的點(diǎn)陣缺陷 在原理上是不可能的；或者說(shuō)，世界上不存在理想的完整晶體。根據(jù)點(diǎn)陣缺陷在 空間的不同維數(shù)，缺陷類(lèi)型可以分為點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷和體缺陷。其中， 點(diǎn)缺陷包括原子空位和間隙原子，線缺陷包括各種位錯(cuò)，面缺陷包括層錯(cuò)、相界 和晶界，而體缺陷則包括材料體內(nèi)的空腔和氣泡等。

改善材料的結(jié)晶性能，就是指去除材料體內(nèi)的各種缺陷，使其內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu) 趨向于單晶性能，提高材料的導(dǎo)電性、電子發(fā)射特性等物理性能。高溫退火方法 是通常被用來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目的的方法，它被用于薄膜材料或塊體材料，這種方法需 要提供額外的加熱源。納米材料的組成晶粒尺寸很小，使得其界面、表面原子數(shù) 目的比例明顯增大。表面界面原子具有高度的活性，可使其在導(dǎo)熱、擴(kuò)散、燒結(jié)、 強(qiáng)度等性能上表現(xiàn)出與薄膜或塊體材完全不同的性質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過(guò)場(chǎng)發(fā)射自加熱誘導(dǎo)納 米結(jié)構(gòu)改善結(jié)晶性的方法，材料結(jié)構(gòu)結(jié)晶性的改善，能夠改善材料電學(xué)、場(chǎng)發(fā)射 等物理特性。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下：

一種通過(guò)場(chǎng)發(fā)射自加熱誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)改善結(jié)晶性的方法，其特征在于：采 用場(chǎng)發(fā)射電流產(chǎn)生焦耳熱原位加熱納米結(jié)構(gòu)材料，通過(guò)場(chǎng)發(fā)射電流產(chǎn)生過(guò)程實(shí)現(xiàn) 納米結(jié)構(gòu)材料溫度迅速升高，其通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

(1)設(shè)置由陰極和陽(yáng)極構(gòu)成的場(chǎng)發(fā)射結(jié)構(gòu)；

(2)將納米結(jié)構(gòu)材料設(shè)于步驟(1)所述場(chǎng)發(fā)射結(jié)構(gòu)的陰極位置；

(3)將電極安裝在步驟(1)所述場(chǎng)發(fā)射結(jié)構(gòu)的陽(yáng)極位置；

(4)將安裝上述納米結(jié)構(gòu)材料以及電極的場(chǎng)發(fā)射結(jié)構(gòu)設(shè)于真空度大于1×10^-3Pa的真空環(huán)境中；

(5)調(diào)節(jié)陰極與陽(yáng)極之間的距離，并對(duì)設(shè)于真空環(huán)境中的場(chǎng)發(fā)射結(jié)構(gòu)的陰極 及陽(yáng)極間施加0.01V～500V的電壓，使納米結(jié)構(gòu)材料產(chǎn)生發(fā)射電流；

(6)持續(xù)施加電壓，使發(fā)射電流升高以使納米結(jié)構(gòu)材料升溫，當(dāng)溫度達(dá)到一 定溫度時(shí)，納米結(jié)構(gòu)的多晶態(tài)區(qū)域發(fā)生重結(jié)晶，納米結(jié)構(gòu)的結(jié)晶性發(fā)生不同程度 的改善。

進(jìn)一步地，所述步驟(5)中電壓施加的時(shí)間為1s～12h，發(fā)射電流的大小

為1nA～1mA。

進(jìn)一步地，所述步驟(5)中陰極及陽(yáng)極間的電壓為130～150V。

進(jìn)一步地，所述安裝于陽(yáng)極位置的電極為平面電極或探針電極。

進(jìn)一步地，所述步驟(6)中，通過(guò)控制電壓施加的時(shí)間和/或發(fā)射電流的大 小來(lái)調(diào)整納米結(jié)構(gòu)材料中局部區(qū)域的溫度。

進(jìn)一步地，所述場(chǎng)發(fā)射結(jié)構(gòu)中陰極及陽(yáng)極間的距離為2nm～0.4mm。

進(jìn)一步地，所述步驟(4)中所述真空環(huán)境包括掃描電鏡樣品室、透射電子 顯微鏡樣品室或場(chǎng)發(fā)射測(cè)試樣品室。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)所述納米結(jié)構(gòu)材料直接生長(zhǎng)于導(dǎo)電襯底上或以轉(zhuǎn) 移方式移植到導(dǎo)電襯底上，然后再安裝于陰極位置。

本發(fā)明還提供一種實(shí)現(xiàn)自加熱誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)改善結(jié)晶性的場(chǎng)發(fā)射裝置。

一種用于自加熱誘導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)改善結(jié)晶性的場(chǎng)發(fā)射裝置，包括驅(qū)動(dòng)電源、真 空腔體、陰極及陽(yáng)極，所述陰極和陽(yáng)極設(shè)于真空腔體內(nèi)并通過(guò)連接線與驅(qū)動(dòng)電源 連接形成回路，所述陰極上設(shè)有納米結(jié)構(gòu)材料，所述陽(yáng)極上安裝平面電極或探針 電極。

進(jìn)一步地，所述陽(yáng)極設(shè)于用于移動(dòng)陽(yáng)極以控制其位置的位移控制結(jié)構(gòu)上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：