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一维纳米SiC材料由于其宽带隙半导体特性,具有比石墨材料更低的功函数,且具有高的热稳定性、化学稳定性和机械强度,因而一维纳米SiC材料成为场发射阴极的优质备选材料,在大屏幕平板显示、微波放大器等领域具有大的应用潜力。本文系统地研究了一维SiC纳米晶/非晶复合材料(以下简称一维纳米SiC材料)的制备和场发射性能,包括与碳纳米管场发射性能的比较及直径变化对一维纳米SiC材料绝对场增强因子的影响。除此之外,还初步研究了室温下一维纳米SiC材料的发光性能。以碳纳米管这种可控制备技术已很成熟的材料为基础,用碳纳米管做为模板,通过Si原子和碳纳米管的固态反应制备出了不同直径的垂直取向一维纳米SiC材料阵列。XPS、HR-TEM分析表明一维纳米SiC材料实际上是非晶态的a-Si1-xCx (x≥0.5)纳米纤维和3C-SiC纳米晶颗粒组成的复合结构。制备出的一维纳米SiC材料有着特殊的“树状形貌”。这种特殊的形貌是高温环境下Si原子和C原子通过碳管模板外壁的“开口”缺陷进行双向扩散反应而形成的。使用使用场发射测试仪来进行样品的场发射性能测试。制备的一维纳米SiC材料具有较好的场发射性能,开启场强低至1.1 V/μm(直径90nm样品),场发射F-N曲线表现为两段斜率不同的直线,我们利用一个已有的“顶-边”发射模型来解释这种特殊的场发射行为。与碳纳米管相比较,一维纳米SiC材料具有更加优异的场发射性能主要归因于SiC材料具有比石墨(碳纳米管)更低的功函数。同时,一维纳米SiC材料的“树状”分支结构实际上增加了发射端的数量,有助于提高场发射性能,在大场强下没有出现发射电流饱和的现象。根据纳米管场发射增强因子与电极间距的普适关系,我们计算出了不同直径一维纳米SiC材料样品的绝对场增强因子β0,验证了随着SiC纳米纤维直径的减小,绝对场增强因子β0呈明显增大的趋势,为提高一维纳米SiC材料的场发射性能工艺设计思路提供了依据。利用荧光光谱仪测试了一维纳米SiC材料的发光性能。室温下,一维纳米SiC材料样品在波长675nm纳米(红光区)处存在着较强的光发射,发光峰的半高峰全宽仅为9.1nm,显示出良好的单色性,对应PLE谱的峰位在449nm。根据量子尺寸限制效应模型对SiC纳米晶带隙做了理论计算,3.8nm 3C-SiC纳米晶的“带隙”为2.7eV(457nm),与PLE谱的峰位吻合。结合理论计算的结果,我们用一个“三能级(three level)”模型来解释SiC纳米纤维的发光机制:从SiC纳米晶中激发的载流子通过非辐射越迁驰豫到界面态,然后复合发光。氢化处理后的样品PL谱发光峰蓝移至520nm,而PLE谱的峰位保持不变,进一步证明了我们对发光机制的推测。