纳米金柱阵列的制备及场电离特性研究

场电离是纳米尖端附近气体分子通过量子隧道效应发射离子的过程，本项目用电化学沉积技术在多孔铝模板上形成纳米金柱阵列，用场发射/场电离(FE/FI)综合测试仪测定其场发射和场电离特性，研究He、氢、氘等气体在纳米针尖强电场作用下产生离子的过程。在FE/FI测试仪上安装飞行时间质谱，对纳米阵列的元素成分进行原位测试，确定纳米柱吸附的杂质元素对场电离特性的影响。用高分辨透射电镜测定纳米金柱的晶体结构，系统研究纳米阵列的场电离开启电压、离子束流与纳米柱的结构、缺陷、杂质的关系和物理机制，优化工艺参数，找到制备高品质带刺纳米金柱阵列的实验条件，使离子发射束流达到mA级，为利用纳米阵列制作场电离粒子源提供科学依据。

本项目发展了电化学制备纳米金柱阵列的方法，获得了垂直取向排列的纳米金柱阵列。设计了场发射-场电离测量装置，采取更换纳米阵列电压极性的方法测量场发射和场电离电流，测量由计算机程序Labview控制，自动完成设定电压范围测量。用该装置测量了碳纳米管、纳米金柱、ZnO纳米阵列等材料的场发射、场电离特性，观察到较强的场发射束流、较低的开启电压和较高的击穿电压，在He,Ar,N2,空气气氛中测量了纳米阵列的探测和传感能力。