二氧化錫納米結(jié)構(gòu)的制備及其場(chǎng)發(fā)射性能研究.pdf

1、SnO2是典型的n型寬禁帶半導(dǎo)體材料,具有負(fù)的電子親和勢(shì)。SnO2具有優(yōu)良的物理和化學(xué)性能,現(xiàn)已應(yīng)用于太陽(yáng)能電池、高溫電子器件、氣敏傳感器、透明導(dǎo)電玻璃和平板顯示器等領(lǐng)域。SnO2納米材料也成為目前一種很有應(yīng)用潛力的場(chǎng)致電子發(fā)射材料。本文以SnO2納米結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象,采用化學(xué)氣相沉積法、在不同的襯底上制備出不同的納米結(jié)構(gòu),研究了催化劑對(duì)生長(zhǎng)機(jī)制的影響,同時(shí)研究了納米線和納米帶的場(chǎng)發(fā)射性能,著重研究了在氧氣中高溫退火處理對(duì)二氧化錫納米線的

2、場(chǎng)發(fā)射性能的影響。
　　采用化學(xué)氣相沉積法成功在鍍有7nm厚金層的硅襯底上制備出致密的SnO2納米線,并在氧氣氣氛中對(duì)二氧化錫納米線進(jìn)行高溫退火處理,研究了高溫退火對(duì)納米線陰極射線發(fā)光質(zhì)和場(chǎng)發(fā)射性能的影響。對(duì)SnO2納米線進(jìn)行了SEM、XRD、TEM、HRTEM、EDX表征,結(jié)果表明,所制得的SnO2納米線是單晶的四方金紅石結(jié)構(gòu),在納米線中存在氧空位,且氧空位濃度隨退火溫度的升高而降低,可見(jiàn)在高溫下在氧氣中退火可以改善氧空位濃度不

3、足。從樣品的室溫陰極射線發(fā)光光譜中觀測(cè)到一寬的橙光發(fā)射帶,它主要來(lái)源于二氧化錫納米線中的氧空位。研究發(fā)現(xiàn),納米線的場(chǎng)發(fā)射性能,隨著SnO2納米線中氧空位濃度和SnO2納米線的功函數(shù)的減小而顯著增強(qiáng)。這些研究結(jié)果表明,通過(guò)對(duì)二氧化錫納米線在氧氣中進(jìn)行高溫退火處理,可以極大的提高二氧化錫納米線的場(chǎng)發(fā)射性能,從而更好地在場(chǎng)發(fā)射顯示領(lǐng)域上發(fā)揮作用。
　　采用化學(xué)氣相沉積法成功在鍍有10nm厚金層的硅襯底上制備出致密的SnO2納米帶,對(duì)Sn

4、O2納米帶進(jìn)行了SEM、XRD、TEM、HRTEM、EDX表征。所制得的SnO2納米帶是單晶的四方金紅石結(jié)構(gòu),存在氧空位。研究發(fā)現(xiàn),納米帶的場(chǎng)發(fā)射性能不如納米線的場(chǎng)發(fā)射性能好,主要是由于納米帶的長(zhǎng)徑比小,其場(chǎng)增強(qiáng)因子小。
　　在硅襯底上鍍不同的金屬做催化劑制備二氧化錫納米結(jié)構(gòu),對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行了相應(yīng)研究。不使用催化劑,很難制備出二氧化錫納米結(jié)構(gòu);使用Pt做催化劑,制備出的納米結(jié)構(gòu)種類很多,較難控制生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)形貌;使用Au做催化

5、劑,較易制備出納米結(jié)構(gòu),且通過(guò)控制Au層厚度和生長(zhǎng)時(shí)間就可以控制生長(zhǎng)的納米結(jié)構(gòu)的形貌。不使用催化劑,制得的納米帶遵循VLS生長(zhǎng)機(jī)制,Sn作為自催化劑,是一種自組裝、自催化生長(zhǎng)模式;使用Pt和Au做催化劑時(shí)的生長(zhǎng)機(jī)制都是典型的VLS生長(zhǎng)機(jī)制。催化劑對(duì)而二氧化錫納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)具有很大影響,使用Au做催化劑較容易制備出納米結(jié)構(gòu),催化劑厚度影響納米結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方向,其厚度越大,生長(zhǎng)的納米線的直徑越大,可以通過(guò)控制襯底上催化劑的分布和厚度來(lái)控制二氧化