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金属纳米锥阵列的场电子发射性能及应用前景

时间:2023-06-27 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于场电子发射的商业应用来说,增大发射电流密度、降低开启电场强度是非常有必要的。在这些纳米材料中,金属纳米锥展现了优异的导电性和优良的场电子发射特性,因此纳米金属锥很有可能应用于平板显示和扫描探针的电子发射枪。Huang等学者通过直流电沉积的方法制备了镍纳米锥阵列,且这种镍纳米锥阵列具有很好的场电子发射性能,如较低的开启电场和较大的发射电流。

金属纳米锥阵列的场电子发射性能及应用前景

最近一些年,很多课题组专注于电子发射器,因为其应用极为广泛,如平板显示、平行电子束光刻、X射线源、扫描电镜、透射电镜、阴极射线管、高能加速器、真空微波放大器。电子通过高温加热(热电子发射)或者施加大电场能(场电子发射、冷电子发射)从金属或半导体表面发射进入真空环境。相对于热发射来说,冷电子发射方式无延迟性、功耗低、可实现大功率高密度电子流,因此场电子发射是一种非常有效的电子发射方式。在场电子发射中,一个很强的外电场使电子突破固体表面的潜在势垒进行隧穿。这个势垒等同于零电场下冷阴极材料的功函数,外电场作用下其变的很低、很窄,导致电子的随穿。对于场电子发射的商业应用来说,增大发射电流密度、降低开启电场强度是非常有必要的。一般来说,满足这些要求的最有效的方式就是降低冷发射材料的几何尺寸,如降低材料的尖端尺寸(纳米尖端)。

目前,生长在一个平板基底上的纳米尺度的尖端展示了非常优异的场电子发射特征,特别是在纳米尖端的局部区域发射较高密度的电子流。在场电子发射研究领域,很多学者付出了很大的努力去制备各种纳米结构,已制备的场发射尖端纳米材料有:碳纳米管石墨烯、氧化石墨烯、半导体纳米尖、金属纳米尖。在这些纳米材料中,金属纳米锥展现了优异的导电性和优良的场电子发射特性,因此纳米金属锥很有可能应用于平板显示和扫描探针的电子发射枪。然而,金属纳米锥的制备报道较少,且制备方法主要集中在电沉积方法上。例如,Nagaura等学者利用电沉积和阳极氧化的方法合成了尖端间隔为100 nm的六角有序镍纳米锥。Huang等学者通过直流电沉积的方法制备了镍纳米锥阵列,且这种镍纳米锥阵列具有很好的场电子发射性能,如较低的开启电场(5~6.7 V/μm)和较大的发射电流(155~206μA)。在这一章里,我们通过一个简单的水热反应在镍箔基底上生长了镍纳米锥;这些已经制备的拥有纳米尺度的尖端的镍纳米锥能有效地增加发射电流密度和见地开启电场强度,对于平面显示和电子显微来说这一点尤为重要。(www.xing528.com)

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