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随着纳米科学和纳米技术的快速发展,纳米材料得到了越来越多的应用方面的研究,如纳米激光器,气体传感器,光子探测器等等。近年来,特定的纳米材料(如纳米氧化锌,碳纳米管)在场发射平板显示(FED)冷阴极方面的应用也逐渐吸引了广泛的兴趣,然而材料的制备对场发射性能的优越与否起着尤为重要的作用。目前已经有很多制备纳米材料的方法,如分子束外延法,水热法,化学气相沉积法,脉冲激光沉积法等等,但这些制备方法往往需要很长的处理时间或者比较高的工艺设备要求。而传统的感应加热的方法能够简单快速地升高和降低加热温度,而且对工艺设备的要求较低,因此能够适应大规模制备纳米材料的需要。
本文主要介绍了用感应加热方法制备纳米氧化锌,并着重测试了该方法制备的纳米氧化锌的场发射性能。本文所做的主要工作如下:
(1)利用感应加热的方法,分别在空气气氛和Ar气氛中制备了各种形貌和尺寸的纳米氧化锌。用SEM,XRD谱和PL谱对制备的样品进行表征,结果表明在Ar气氛中用ZnO和C粉制备的纳米氧化锌具有更多的形貌,如纳米线,图形化的纳米棒等等;而在空气气氛中只能制备出四针状纳米结构,但在空气中制备的纳米氧化锌具有较少的缺陷。对于在空气气氛中ITO玻璃和Ar气氛中镀金硅片上生长的纳米氧化锌,温度在950℃左右能得到质量最高的样品;而对于在空气气氛中镀金硅片和Ar气氛中未镀金硅片上生长的纳米氧化锌,温度在1000℃左右能得到质量最高的样品,适当提高温度有利于纳米氧化锌的结晶。同时,在Ar气氛中用ZnO粉和C粉制备纳米氧化锌时,金的催化作用非常明显。
(2)将不同条件下感应加热法制备的样品进行场发射特性测试,结果表明感应加热法制备的纳米氧化锌比一般热蒸发法制备的纳米氧化锌确实具有更好的场发射特性,这是由于感应加热法制备的氧化锌粉体更为精细。将各种条件下的样品的场发射特性进行比较,结果表明在空气气氛中1000℃下制备的纳米氧化锌粉体经过丝网印刷工艺后,能得到较大的平均电流密度,因此具有很好的场发射特性。而对于直接生长在衬底上的纳米氧化锌,空气气氛中950℃下生长在ITO玻璃上的纳米氧化锌具有较大的平均电流密度,而且具有比较低的开启电场1.0V/μm和阈值电场2.17V/μm,对应的场发射电流密度分别为10-3mA/c㎡和0.1mA/c㎡,因此也具有较好的场发射特性。