准一维LaB6-基纳米线阵列的设计、合成和场发射特性研究

本项目针对目前稀土六硼化物(RB6, R=rare earth)纳米材料难以按照特定结构、特定位置、特定性能的要求进行可控生长问题，将研究重点放在LaB6-基纳米线阵列的设计、合成及场电子发射特性上。拟采用传统的化学气相沉积工艺(Chemical Vapor Deposition, CVD)，利用镀有催化剂图案的单晶LaB6基片作为衬底，通过控制催化剂图案的位置、直径、密度和生长条件，制备尺寸、形貌和方向可控制的准一维LaB6-基纳米线阵列。运用X-射线衍射、扫描电镜、透射电镜和场发射特性测量以及理论分析的方法探讨和研究纳米线阵列生长的可能性、成相规律、结构和性能的相互关系，阐明纳米线阵列密度、直径、形貌、微结构对场发射性能的影响机制。LaB6-基纳米线阵列场发射性能的研究将有可能为平板显示器用阴极材料的研究和应用开劈更广阔的领域，对推动平板显示器材料的研究与应用具有重要的意义。

场发射阴极材料在场发射平面显示器等微真空电子器件中具有重要的应用前景。以LaB6为代表的稀土六硼化物（RB6, R=rare-earth）是一系列优良的阴极发射材料，具有功函数低、硬度大、熔点高、导电率高、化学性质，稳定性好等特点，是研制各种场发射器件的理想材料，在民用工业和国防工业领域受到广泛关注。本项目发展了简单、高效、直接、自催化的低压化学气相沉积方法，实现了对六硼化镧（LaB6）纳米线阵列结构和场发射性能的精细调控，并首次制备出垂直于衬底生长的单晶LaB6纳米线阵列，探讨了合成条件与成相规律、形貌、结构和性能之间的关系以及形貌、微结构和场发射性能之间的相互关系，揭示了LaB6纳米线阵列结构的变温场发射机理，为提高材料的场发射效应奠定了基础。在此基础上，详尽研究了具有超低功函数六硼化钕（NdB6）纳米结构依赖于形貌和温度的场发射性能，在合成的所有纳米结构（弯曲纳米线、短纳米棒、长直纳米线、纳米针）中，针尖状纳米线显示了最好的场发射特性：开启电场和阈值电场低，稳定性好。基于NdB6纳米材料优异的场发射特性，上述材料在场平板发射器、电子发射器等需要高性能电子源器件上具有潜在的应用价值。另外，本项目也研究了六硼化钕（NdB6）纳米针尖阵列，六硼化铈（CeB6）纳米针尖，六硼化镨（PrB6）纳米线，六硼化钐（SmB6）纳米线阵列的制备和场发射特性。本项目的研究将有可能为平板显示器阴极材料的研究和应用开辟更广阔的领域，对推动平板显示器材料的研究与应用具有重要的意义。本项目执行期间，在Adv. Funct. Mater., NPG Asia Mater.等杂志上发表论文7篇（其中影响因子大于9.0的两篇），论文发表后受到国际同行的广泛关注；申请国家发明专利3项，培养青年教师2名（成功由讲师晋升副教授），研究生3位（已获硕士学位2位）。