专利名称：提高氧化铁纳米线材料场发射性能的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高氧化铁(Fe2O3)纳米线材料场发射性能的方法，具体说，涉及一种在压强为100～500Pa的条件下，用氢等离子轰击氧化铁纳米线材料，提高其场发射性能的方法，属于光电子和半导体材料制备和应用的技术领域。
背景技术：
Fe2O3作为一种在大气环境下最稳定的氧化物半导体材料，在科技上具有非常重要的作用。它具有禁带宽度小、抗腐蚀性好和容易获得等优点，可用来作光催化剂、太阳能转换材料和传感器材料。由于Fe2O3用途广泛和纳米级材料具有新颖的特性，所以合成纳米尺寸的Fe2O3是一个相当重要的课题。近来，各种Fe2O3纳米结构包括纳米线、纳米带、纳米管和纳米片已经被成功制备，它们的铁磁性等性能已经被广泛研究，但是对于如此重要的半导体纳米材料，它的场发射性能却很少被研究过。已有的报道中发现生长的Fe2O3纳米线材料的场发射性能不够理想。另一方面，用等离子体轰击处理纳米结构如碳纳米管，氧化铜纳米线等的方法已经被证实为一种改进纳米材料场发射性能的有效方法，但是关于等离子体处理对Fe2O3纳米结构表面形貌和场发射性能的影响还从未被研究过，所以如何通过用等离子体处理明显地提高Fe2O3纳米线的场发射性能将具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高氧化铁纳米线材料场发射性能的方法。
为实现上述目的，本发明采用以下的技术方案。把氧化铁纳米线材料放入等离子体装置中，射频源的频率设定为13.6MHz，通入流量为5～50sccm的氢气，在功率和压强分别为100～500W和100～500Pa的条件下，产生的氢等离子体轰击氧化铁纳米线材料，使受到处理的氧化铁纳米线材料的场发射性能得到提高。
现详细说明本发明的技术方案。
一种提高氧化铁纳米线场发射性能的方法，其特征在于，具体工艺步骤如下第一步 放入氧化铁纳米线材料将生长在合金衬底上的氧化铁纳米线的长度和直径分别为5～30μm和100nm～1μm的氧化铁纳米线材料连同衬底一起放入等离子体设备的真空腔中的两个电极之间；第二步 抽真空将真空腔中的气压抽到100～500Pa；第三步 通入氢气将氢气通入真空腔中，流量为5～50sccm；第四步 开启射频源开启频率为13.6MHz的射频源，功率调为100～500W，使生成的氢等离子体轰击氧化铁纳米线材料，时间为10～90min；第五步 得到成品将真空腔打开，得到成品-场发射性能好的氧化铁纳米线材料。
本发明使用等离子体来处理生长在合金衬底上的氧化铁纳米线材料，到目前为止尚未有关此方面的研究报道。本发明具有方法简单、成本低、易于实现、重复性好和效果明显的优点。此外，本发明还有适应性好的优点，适于用来处理其他的纳米材料，提高处理纳米材料的场发射性能或改善表面形貌以满足特种应用的要求。
图1(a)是单根氧化铁纳米线处理前的SEM照片；图1(b)是单根氧化铁纳米线处理后的SEM照片。
图2是典型的氧化铁纳米线材料受氢等离子体轰击处理前后的Raman散射光谱比较图。
图3是典型的氧化铁纳米线材料受氢等离子体轰击处理前后的场发射电流密度-电场强度之间的关系比较图。
图4(a)是典型的氧化铁纳米线材料受氢等离子体轰击处理前的电子发射象照片；图4(b)是典型的氧化铁纳米线材料受氢等离子体轰击处理后的电子发射象照片。
具体实施例方式
现结合附图和实施例进一步详细说明本发明的技术方案及其工作原理。所有实施例均完全按上述的提高氧化铁纳米线场发射性能的方法的具体操作步骤进行操作，每个实施例仅罗列关键的技术数据。
实施例1第一步中，生长在合金衬底上的氧化铁纳米线材料的氧化铁纳米线的长度和直径分别为5μm和100nm。第二步中，将真空腔中的气压抽到100Pa。第三步中，将氢气通入真空腔中，流量为5sccm。第四步中，开启射频源，把功率调到100W，使生成的氢等离子体轰击氧化铁纳米线材料10min。
图2和图3分别是实施例1中的氧化铁纳米线材料受氢等离子体轰击处理前后，它们的Raman散射光谱比较图和它们的场发射电流密度-电场强度的关系比较图。
用氢等离子体轰击处理氧化铁纳米线材料，提高其场发射性能的原理在于还原性的氢等离子体轰击到氧化铁纳米线材料的表面时，能够带走大量的氧原子，从而导致错位和缺陷等，随着处理时间的延长，在氧化铁纳米线的表面形成许多纳米级的晶体，由于这些晶体具有非常小的曲率半径，所以使得氧化铁纳米线材料的场发射性能明显提高。
实施例2第一步中，生长在合金衬底上的氧化铁纳米线材料的氧化铁纳米线的长度和直径分别为18μm和550nm。第二步中，将真空腔中的气压抽到300Pa。第三步中，将氢气通入真空腔中，流量为30sccm。第四步中，将射频源打开，把功率调到300W，使生成的氢等离子体轰击氧化铁纳米线材料50min。
实施例2中的氧化铁纳米线材料受氢等离子体轰击处理前后，它们的Raman散射光谱比较图和它们的场发射电流密度-电场强度的关系比较图分别类似于图2和图3所示的图线。
实施例3
第一步中，生长在合金衬底上的氧化铁纳米线材料的氧化铁纳米线的长度和直径分别为30μm和1μm。第二步中，将真空腔中的气压抽到500Pa。第三步中，将氢气通入真空腔中，流量为50sccm。第四步中，将射频源打开，把功率调到500W，使生成的氢等离子体轰击氧化铁纳米线材料90min。
实施例3中的氧化铁纳米线材料受氢等离子体轰击处理前后，它们的Raman散射光谱比较图和它们的场发射电流密度-电场强度的关系比较图分别类似于图2和图3所示的图线。
用本发明的方法轰击处理过的氧化铁纳米线材料特别适于用来制作场发射平板显示器件的阴极。
权利要求
1.一种提高氧化铁纳米线场发射性能的方法，其特征在于，具体工艺步骤如下第一步 放入氧化铁纳米线材料将生长在合金衬底上的氧化铁纳米线的长度和直径分别为5～30μm和100nm～1μm的氧化铁纳米线材料连同衬底一起放入等离子体设备的真空腔中的两个电极之间；第二步 抽真空将真空腔中的气压抽到100～500Pa；第三步 通入氢气将氢气通入真空腔中，流量为5～50sccm；第四步开启射频源开启频率为13.6MHz的射频源，功率调为100～500W，使生成的氢等离子体轰击氧化铁纳米线材料，时间为10～90min；第五步 得到成品将真空腔打开，得到成品一场发射性能好的氧化铁纳米线材料。
全文摘要
一种提高氧化铁纳米线材料场发射性能的方法，属于光电子和半导体材料制备和应用的技术领域，把氧化铁纳米线材料放入等离子体装置中，射频源的频率设定为13.6MHz，通入流量为5～50sccm的氢气，在功率和压强分别为100～500W和100～500Pa的条件下，产生的氢等离子体轰击氧化铁纳米线材料，使受到处理的氧化铁纳米线材料的场发射性能得到提高，有方法简单、成本低、易于实现、重复性好、效果明显和适应性好的优点，用该方法轰击处理过的氧化铁纳米线材料特别适于用来制作场发射平板显示器件的阴极。
文档编号H01J9/02GK101051587SQ200710038299
公开日2007年10月10日 申请日期2007年3月22日 优先权日2007年3月22日
发明者徐丰, 郁可, 朱自强, 王青艳, 石美荣 申请人:华东师范大学