《帶有石墨烯電子傳輸層的複式微結構大電流電子源研究》是依託南京師範大學，由狄雲松擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：帶有石墨烯電子傳輸層的複式微結構大電流電子源研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：狄雲松
- 依託單位：南京師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高頻大功率微波器件的小型化需採用冷陰極發射的電子源。在研的一些納米材料冷陰極電子源發射總電流及電流密度仍然較小，不能滿足大電流的需求。為進一步增強電子發射性能，降低場禁止效應，提高發射電流和密度，本項目創新性提出帶有石墨烯電子傳輸層的碳納米管/納米氧化鋅複合式微結構電子源，利用石墨烯的高電子傳輸特性獲得低開啟電場發射電子注入，並提高電子源的整體發射均勻性；通過碳納米管陣列作為發射體的基底材料，並製備微結構形貌，降低場禁止效應；利用納米氧化鋅在碳納米管頂端進行微觀修飾，增加電子發射點數量並提高發射體場增強因子，最終實現大電流發射。本項目的核心研究內容包括：1. 石墨烯電子傳輸層在複式陰極中的電子輸運機理及實驗研究；2.採用碳納米管/納米氧化鋅複式微結構，降低場禁止效應，增強陰極場致發射能力3. 大電流發射跌落和陰極老化機理的理論與實驗分析。
結題摘要
本項目提出增加電子傳輸層，並通過實現製備過程中最佳化材料生長的微結構來改善納米材料冷陰極場發射特性的方法。在系統的、深刻認識納米材料製備工藝與生長機制的基礎上，控制其形貌、生長密度等參數，實現氧化鋅/碳納米管、石墨烯/氧化鋅、碳納米管/纖維等多種複式結構及其微形貌。實驗結果表明各種複式微結構納米材料較單一的場發射體具有更為優異的場發射性能：電子傳輸層的存在利於電子在場發射前基底間的傳輸能力，降低界面間的電壓降；複式微結構的提出與製備，利於表面電場禁止效應的降低，在有限的發射面積內，增多發射點數目，提升納米材料陰極的整體發射性能。分別通過直流場發射測試與微波場發射測試，論證帶電子傳輸層複式結構陰極的電子源發射能力：直流下獲得最大發射電流達30mA，電流輸出功率達200W；微波場下獲得最大發射電流50mA，電子束輸出呈高斯分布，電流密度達到4.3A/cm2；達到的微波電子器件對冷陰極電子源的電流需求。通過對石墨烯電子傳輸層的電子輸運機理的計算，理論上分析了電子傳輸層的存在對材料場發射特性的改進；通過對複式微結構下電場分布的建模，模擬了微結構下對材料發射性能的改善;分別通過等離子觀測、殘餘氣體分析及計算，對納米材料陰極的大電流發射下電流跌落機制進行解釋。
