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一维纳米材料由于具有良好的力学性能、光学性能、电学性能和磁学性能等特性,在很多领域具有广泛的应用前景。硅纳米线阵列、碳纳米管阵列由于具有大的长径比,在场发射性能方面具有良好的表现。利用各种方式对硅纳米线以及碳纳米管进行改性制备的硅基复合纳米线及碳基复合纳米线也具有良好的场发射性能。另外,碳纳米管/硅纳米线阵列复合结构的场发射性能也有报导。这些一维纳米复合结构作为场发射阴极在发射器件中有着重要的作用。
在本文中,我们分别通过化学腐蚀法及CVD法制备高密度、定向性良好的硅纳米线阵列及碳纳米管阵列,利用沉积的方法在硅纳米线阵列上制备Au薄膜、DLC薄膜,采用MEVVA强流离子注入对硅纳米线阵列及碳纳米管阵列进行硅、碳离子注入,通过CVD法制备碳纳米管/硅纳米线复合结构,然后使用SEM、TEM、HRTEM、XPS、Raman等分析手段对复合后的硅纳米线阵列及碳纳米管阵列的结构和形态进行表征,测量各种复合结构的场发射性能,研究了不同复合结构下样品形貌的改变,分析了结构及性能的影响因素和由于载能离子注入作用下的结构演变和损伤,探讨了载能离子束与准一维碳纳米材料的相互作用过程和规律。实验结果表明,通过控制Au及DLC薄膜沉积工艺,可以得到Au-Si复合纳米线阵列以及DLC/硅复合纳米线阵列,场发射测试得到改善;离子注入后的硅纳米线阵列和碳纳米管阵列的不同部位受到了不同程度的损伤,头部形成了无定形的结构,尾部仍然可以保持原有的晶体结构;注入后的硅纳米线阵列及碳纳米管阵列具有良好的场发射性能;碳纳米管/硅纳米线复合结构可以通过控制催化剂工艺制备,并具有较好的场发射性能。另外,本文对各种方式复合后的纳米结构场发射机理进行了初步探讨。