熱絲法制備氧化鎢納米結構及其場致電子發(fā)射特性研究.pdf

1、氧化鎢是一種重要的功能材料，以氧化鎢薄膜為核心的器件已經(jīng)在電致變色、氣致變色和氣體傳感器等領域得到了廣泛應用。由于氧化鎢納米結構具有非常獨特的物理化學特性，可望在冷陰極、氣體傳感器、顯示單元等新型器件中獲得應用，因此引起了人們的興趣，然而，如何對氧化鎢納米結構進行可控制備仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。 本博士論文首先綜述了納米材料的制備方法、經(jīng)典的場致電子發(fā)射理論及其常用的實驗研究方法。接下來論文介紹了我們用熱絲蒸發(fā)法制備各種氧化

2、鎢納米結構的制備條件、氧化鎢納米結構的生長機理和氧化鎢納米結構的場致電子發(fā)射特性的研究結果。本論文的主要研究結果可以概括如下： 1、自行建立了一套熱絲蒸發(fā)系統(tǒng)，并應用該系統(tǒng)制備了各種氧化鎢納米結構，包括納米線、納米管、納米棒、納米束、納米片和三維結構，其中合成的納米束結構尚未見其他研究者報道。系統(tǒng)研究了熱絲溫度、蒸發(fā)源與襯底之間的距離、生長時間和系統(tǒng)含氧量對制備結構的影響，指出熱絲溫度是決定不同氧化鎢納米結構的關鍵參數(shù)。

3、 2、從固一液(VS)機制的成核理論出發(fā)，研究了納米結構的生長機理，認為氣相基團的過飽和度和晶面表面能是決定各種納米結構生長的最根本原因。對一維納米棒提出“核-納米線-納米管-納米棒”的生長模型；在納米棒生長機理的基礎上，對納米束的生長提出二次成核模型；對三維結構的生長機理做了研究，認為三維結構是在氧化鎢體內存在負的溫度梯度的條件下，由氧缺位引起的；對二維結構的納米片的生長機制進行了探討，用晶面生長競爭機制解釋其外形不規(guī)則的原因。對生長

4、機制的研究表明，熱絲蒸發(fā)法可以在襯底表面產(chǎn)生高的氣相基團過飽和度，各種納米結構的生長可以通過控制過飽和度實現(xiàn)。這對了解氧化鎢納米結構的生長和實現(xiàn)可控生長具有一定意義。 3、測試了氧化鎢納米棒陣列、納米束陣列和三維結構的場致電子發(fā)射特性并研究其影響因素。納米棒陣列的最低開啟電場為2.5 MV/m，場發(fā)射像較為均勻。納米棒陣列的場發(fā)射性能主要與納米棒的排列密度，排列方向有關。納米束陣列的最低開啟電場為2.9 MV/m，場發(fā)射像在這三