明显的核壳结构，内核为具有立方闪锌矿结构的β-SiC晶体，外层有非晶S12包覆层，厚度大约为10nm。产物中无其它化合物生成，说明La掺入到了 β -SiC的晶格中，La的原子百分比约为7.89%。
[0022]为了研宄La掺杂对SiC —维纳米材料场发射性能的影响，原料仅采用聚碳硅烷，采用上述完全相同的工艺，实现无稀土 La掺杂SiC —维纳米材料的制备。分别对得到的无稀土 La掺杂SiC —维纳米材料和La掺杂SiC —维纳米材料进行场发射性能测试。由附图5(a)的J-E关系曲线可以看出，二者的电流密度J均随着场强E的增强而增强。无稀土 La掺杂SiC —维纳米材料的开启电场和阈值电场分别为2.5V/ μ m和6.25V/ μ m，本实例中得到的La原位掺杂SiC —维纳米材料的开启电场和阈值电场分别为1.5V/ μ m和5.1V/ μ m，表明La掺杂后显著降低了 SiC—维纳米材料的开启电场和阈值电场，改善了 SiC —维纳米材料的场发射性能。附图5(b)中F-N曲线均呈现近似线性，属于场电子发射，说明场发射电流主要来自于合成的产物。
[0023]实施例2
[0024]选用国防科技大学研制的分子量为1000?2000的聚碳硅烷，中国国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯氯化镧为原料，称取2g固体聚碳硅烷和4g氯化镧，放入玛瑙研钵中研磨40min ;选用直径为7cm，厚度为Imm且表面光洁的圆形石墨片作为反应基片，将石墨基片在超声波清洗机中清洗烘干后，浸入到预先配制的摩尔浓度为0.0lmol的Ni (NO3)3乙醇溶液中，超声振荡5min后取出，于空气中晾干备用；将研磨得到的混合原料粉末放置在碳布上，将其放置在浸有催化剂的石墨基片上，置于石墨反应室内，然后将石墨反应室放入真空可控气氛炉内；启动真空系统，对真空可控气氛炉进行抽真空至50?80Pa，将高纯氩气通入真空炉并使炉内压力接近常压，再次启动机械泵，抽取真空，此过程重复三次，使炉内压力保持在50?80Pa ;以15°C /min的升温速率将炉温先升至900°C，保温lOmin，使聚碳硅烷进行交联固化，随后以相同的升温速率继续升温至1250°C，保温90min。关掉电源使炉温自然冷却至室温，在基片上得到较厚的一层蓝色产物，即为La原位掺杂SiC —维纳米材料。由附图5的J-E关系曲线可以看出，本实例中得到的La原位掺杂SiC一维纳米材料的电流密度J亦随着场强E的增强而增强，其开启电场和阈值电场的值分别为2.0V/ μ m和5.3V/ μ m。与无稀土 La掺杂SiC —维纳米材料的开启电场(2.5V/ μ m)和阈值电场(6.25V/ μπι)相比，La掺杂后降低了 SiC—维纳米材料的开启电场和阈值电场值。
[0025]实施例3
[0026]选用国防科技大学研制的分子量为1000?2000的聚碳硅烷，中国国药集团化学试剂有限公司生产的分析纯氯化镧为原料，称取2g固体聚碳硅烷和Ig氯化镧，放入玛瑙研钵中研磨40min ;选用直径为7cm，厚度为Imm且表面光洁的圆形石墨片作为反应基片，将石墨基片在超声波清洗机中清洗烘干后，浸入到预先配制的摩尔浓度为0.0lmol的Ni (NO3)3乙醇溶液中，超声振荡5min后取出，于空气中晾干备用；将研磨得到的混合原料粉末放置在碳布上，将其放置在浸有催化剂的石墨基片上，置于石墨反应室内，然后将石墨反应室放入真空可控气氛炉内；启动真空系统，对真空可控气氛炉进行抽真空至50?80Pa，将高纯氩气通入真空炉并使炉内压力接近常压，再次启动机械泵，抽取真空，此过程重复三次，使炉内压力保持在50?80Pa ；随后以15°C /min的升温速率将炉温先升至900 °C，保温lOmin，使聚碳硅烷进行交联固化，以相同的升温速率继续升温至1250°C，保温90min。关掉电源使炉温自然冷却至室温，在基片上得到较厚的一层蓝色产物，即为La原位掺杂SiC —维纳米材料。由附图5的J-E关系曲线可以看出，本实例中得到的La原位掺杂SiC —维纳米材料的电流密度J亦随着场强E的增强而增强，其开启电场和阈值电场的值分别为2.25V/μπι和5.5V/ μm，与无稀土 La掺杂SiC—维纳米材料的开启电场(2.5V/ μm)和阈值电场(6.25V/ μm)相比，La掺杂后降低了 SiC —维纳米材料的开启电场和阈值电场值。
【主权项】
1.一种La原位掺杂一维纳米SiC场发射阴极材料的制备方法，包括以下步骤: 固态聚碳娃烧和固体氯化镧为反应原料，混合研磨30?40min，得到混合反应原料； 将石墨基片于超声波清洗机中清洗烘干后，浸入0.01mol/L的Ni (NO3) 3乙醇溶液中，超声震荡5分钟，取出自然晾干，得到浸有催化剂的基片； 将浸有催化剂的基片及混合反应原料，置于石墨反应室内，一起放入真空可控气氛炉内； 将真空可控气氛炉抽真空至50?80Pa，以15°C /min升温速率升温至600?900°C，保温lOmin，随后以15°C /min的升温速率继续升温至1200?1350°C，保温60?150min ；关闭电源，使真空可控气氛炉自然冷却至室温，可一步实现La原位掺杂一维纳米SiC场发射阴极材料的制备。
2.根据权利要求1所述的一种La原位掺杂一维纳米SiC场发射阴极材料的制备方法，其特征在于:浸有催化剂的石墨基片和混合反应原料在石墨反应室内的放置位置为，聚碳硅烷和氯化镧混合反应原料放在上方，石墨基片放在混合反应原料的下方，并用两层碳布将混合反应原料与石墨基片隔开。
【专利摘要】本发明涉及一种La原位掺杂一维纳米SiC场发射材料的制备方法，包括：以聚碳硅烷和氯化镧为反应原料，硝酸镍为催化剂；将混合研磨后的反应原料和浸有催化剂的石墨基片置于石墨反应室中，放入真空气氛炉内；通Ar气，抽真空至50～80Pa，以15℃/min的升温速率升温至600～900℃，保温10min，随后以15℃/min的升温速率升温至1250～1350℃，保温60～150min。本发明方法的原料及工艺简单，可一步实现原位稀土La掺杂SiC一维纳米材料的制备，所得La掺杂SiC一维纳米材料具有更低的开启电场(1.5V/μm)和阈值电场值(5.1V/μm)，有望应用于高性能场发射器件。
【IPC分类】C01B31-36, H01J9-02
【公开号】CN104867799
【申请号】CN201410810735
【发明人】李镇江, 宋冠英, 段振亚, 李伟东, 孟阿兰
【申请人】青岛科技大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2014年12月19日