柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用，尤其涉及一種柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]場(chǎng)發(fā)射是低維納米材料的固有特性之一。大量研究結(jié)果表明，納米結(jié)構(gòu)具有傳統(tǒng)材料所不具備的優(yōu)異場(chǎng)發(fā)射性能，在場(chǎng)發(fā)射顯示器、X射線管等光電器件領(lǐng)域具有巨大的潛在應(yīng)用前景。在眾多的場(chǎng)發(fā)射研究體系中，柔性場(chǎng)發(fā)射陰極由于其在電子織物、分布式傳感器、紙上顯示器以及建筑物表面的大型彎曲顯示器等領(lǐng)域具有廣泛、獨(dú)特的應(yīng)用，在最近幾年越來(lái)越受到關(guān)注。
[0003]SiC是繼第一代(Si)和第二代(GaAs)半導(dǎo)體材料之后發(fā)展起來(lái)的第三代半導(dǎo)體材料。與其傳統(tǒng)體材料相比，低維SiC納米結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能，開(kāi)啟電場(chǎng)可低于IV/μ mo目前，SiC柔性場(chǎng)發(fā)射陰極材料的研發(fā)也已取得一定進(jìn)展。2012年，南洋理工大學(xué)Wu等首次報(bào)道了 SiC柔性場(chǎng)發(fā)射陰極；Wang等在碳纖維布襯底上制備出N摻雜SiC納米針柔性陰極，陰極在不同彎曲狀態(tài)下均具有很高的柔性，其在平直狀態(tài)下的開(kāi)啟電場(chǎng)約為1.lV/ym;Chen等通過(guò)協(xié)調(diào)控制降溫時(shí)間和熱解氣氛，實(shí)現(xiàn)對(duì)柔性陰極場(chǎng)發(fā)射性能的精細(xì)調(diào)控。這些研究證實(shí)，SiC低維納米結(jié)構(gòu)柔性陰極具有優(yōu)異的場(chǎng)發(fā)射性能，在柔性場(chǎng)發(fā)射顯示器、小型化X射線管等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣泛的應(yīng)用前景。
[0004]然而，目前關(guān)于SiC柔性陰極的研發(fā)仍不夠系統(tǒng)，尤其是SiC柔性陰極在不同彎曲狀態(tài)及溫度下的電子發(fā)射穩(wěn)定的研究仍有很大不足，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)柔性陰極在不同彎曲狀態(tài)下均保持恒定的開(kāi)啟電場(chǎng)，這對(duì)其構(gòu)建性能優(yōu)異的柔性場(chǎng)發(fā)射設(shè)備存在很大障礙，亟待解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，提出了一種能夠?qū)崿F(xiàn)在不同彎曲次數(shù)、不同彎曲狀態(tài)及不同溫度下都具有很高的電子發(fā)射穩(wěn)定性的柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用。
[0006]本發(fā)明的目的可通過(guò)下列技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用，該柔性納米材料為場(chǎng)發(fā)射柔性陰極，柔性陰極的發(fā)射電流密度波動(dòng)性為±2-4%，開(kāi)啟電場(chǎng)波動(dòng)性< ±0.05%。
[0007]本發(fā)明柔性納米材料具有很高的柔韌性，在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中應(yīng)用時(shí)，在不同彎曲次數(shù)和不同的彎曲狀態(tài)下開(kāi)啟電場(chǎng)基本保持不變，在不同彎曲狀態(tài)和不同溫度下均保持較高的電子發(fā)射穩(wěn)定性。
[0008]在上述的柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用中，納米材料形成于柔性襯底上。
[0009]在上述的柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用中，柔性襯底為碳纖維布。
[0010]在上述的柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用中，柔性納米材料為顆粒狀。本發(fā)明柔性納米材料為顆粒狀，因?yàn)榧{米針、納米線、納米帶等結(jié)構(gòu)，其在不同彎曲狀態(tài)下很難保證具有穩(wěn)定的開(kāi)啟電場(chǎng)。
[0011]在上述的柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用中，柔性納米材料包括柔性SiC納米材料或柔性原子摻雜SiC納米材料。
[0012]在上述的柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用中，柔性原子摻雜SiC納米材料包括柔性P摻雜SiC納米材料或柔性N摻雜SiC納米材料。
[0013]在上述的柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用中，柔性P摻雜SiC納米材料中P的摻雜量為0.2-0.3at%。
[0014]在上述的柔性納米材料在場(chǎng)發(fā)射陰極材料中的應(yīng)用中，柔性N摻雜SiC納米材料中N的摻雜量為2.38-7.32at%0
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.本發(fā)明中的柔性陰極具有很高的柔韌性。
[0017]2.本發(fā)明柔性陰極在不同彎曲次數(shù)后開(kāi)啟電場(chǎng)基本保持不變。
[0018]3.本發(fā)明柔性陰極在不同彎曲狀態(tài)下的開(kāi)啟電場(chǎng)基本保持不變。
[0019]4.本發(fā)明柔性陰極在不同彎曲狀態(tài)下均保持較高的電子發(fā)射穩(wěn)定性。
[0020]5.本發(fā)明柔性陰極在不同溫度均保持較高的電子發(fā)射穩(wěn)定性。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中采用的柔性場(chǎng)發(fā)射陰極的數(shù)碼照片；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中采用的柔性陰極的掃描電鏡(SEM)圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中柔性陰極在經(jīng)過(guò)0、50、100、150和200次反復(fù)彎曲后的電場(chǎng)強(qiáng)度-電流密度的曲線；
[0024]圖4為本發(fā)明實(shí)施例1中柔性陰極在凹面型、平面型和凸面型等不同狀態(tài)下的電場(chǎng)強(qiáng)度-電流密度的曲線；
[0025]圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中柔性陰極在凹面型、平面型和凸面型等不同狀態(tài)下其電流密度隨時(shí)間延長(zhǎng)的變化曲線；
[0026]圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中柔性陰極在不同溫度下其電流密度隨時(shí)間延長(zhǎng)的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下是本發(fā)明的具體實(shí)施例，并結(jié)合【附圖說(shuō)明】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。
[0028]實(shí)施例1:
[0029]以生長(zhǎng)在碳纖維布上的P摻雜SiC納米顆粒為柔性陰極，其中，柔性P摻雜SiC納米材料中P的摻雜量為0.2at%。
[0030]對(duì)實(shí)施例1中的柔性陰極進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射性能的測(cè)試，測(cè)試方法和測(cè)試結(jié)果如下:
[0031]圖1為實(shí)施例1的柔性陰極的數(shù)碼照片，表明陰極具有很高的柔韌性。
[0032]圖2為實(shí)施例1以生長(zhǎng)在碳纖維布上的P摻雜SiC納米顆粒為柔性陰極的SEM圖，表明P摻雜SiC顆粒均勻的附著在碳纖維上，顆粒表面具有較多尖銳的棱邊和棱角。
[0033]將實(shí)施例1的柔性陰極裁剪為五塊0.4X0.4cm2大小的面積，將五塊柔性陰極分別彎曲0、50、100、150和200次(彎曲半徑為1.2cm)，然后將陰極呈平面型結(jié)構(gòu)依次裝入場(chǎng)發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)中，將系統(tǒng)抽真空至1.5X10 7Pa,最后在室溫條件下對(duì)柔性陰極進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖3所示:圖3為柔性陰極在經(jīng)過(guò)0、50、100、150和200次彎曲后的場(chǎng)發(fā)射電流密度-電場(chǎng)強(qiáng)度曲線，從圖中可知，開(kāi)啟電場(chǎng)在不同彎曲狀態(tài)下基本不變，曲線大致重合；不同彎曲次數(shù)后的開(kāi)啟電場(chǎng)的具體數(shù)值分別為1.03V/ym、l.05V/ym、l.06V/μ m、1.0lV/ μ m、1.05V/ μ m，開(kāi)啟電場(chǎng)的波動(dòng)性僅為0.048%。表明經(jīng)過(guò)不同彎曲次數(shù)后，柔性陰極的開(kāi)啟電場(chǎng)基本保持不變，具有穩(wěn)定的機(jī)械和電學(xué)性能，以及高的電子發(fā)射穩(wěn)定性。
[0034]將實(shí)施例1的柔性陰極裁剪為三塊0.4X 0.4cm2大小的面積，將三塊柔性陰極分別彎曲成凹面型、平面型和凸面型結(jié)構(gòu)(其中，凹面和凸面的彎曲半徑均為1.2cm)，然后將陰極依次裝入場(chǎng)發(fā)射測(cè)試系統(tǒng)中，將系統(tǒng)抽真空至1.5X10 7Pa,最后在室溫條件下對(duì)三種結(jié)構(gòu)的柔性陰極進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果如圖4所示:圖4為柔性陰極在凹面型、平面型和凸面型狀態(tài)下的場(chǎng)發(fā)射電流密度-電