新型阴极射线荧光薄膜的制备及改善场发射均匀性应用研究

In this subject, we will develop novel fluorescent films for cathodoluminescence to improve the uniformity of field emission from large area cold cathode materials. Local field emission current can be regulated by photoconductive mechanisms of the films. Only when specific ray of light irradiate on anodic film, can the corresponding cathodic film turn into large current aging state and change the field emission properties. Uniformity and stability of field emission form large area cold cathode materials will be obtained after several steps of local electric treatment. The highlights of the project mainly include: synthesize multilayer composites based on polymer, inorganic fluorescent materials, and carbon nanomaterials, and improve thermal stability and electrical conductivity of the films by the abundant network structures of polymers and the high conductivity of carbon nanomaterials; analyze the regulated course of electric emission, and reduce the requirements for anti breakdown ability of the films by designing appropriate device structure and utilizing beam divergence effect; test and imporve the performances of fluorescence and photoconduction of the films, and explain related mechanisms by energy level structure theory. The novel fluorescent films have potential applications for other basic researches related to field emission technology. The results have direct significance for preparing planar light sources based on large area cold cathode nanomaterials and high resolution field emission display devices.

为改善大面积冷阴极材料的场致电子发射均匀性，本项目拟研制一种能通过光电导效应调控场发射局域电流的新型阴极射线荧光薄膜。当薄膜被特定波长的光源局部照射时，相应区域的阴极材料才能进入大电流老炼状态而改变电子发射能力。经过多步骤的选区电流处理，阴极材料可获得大面积均匀稳定的场发射特性。项目拟重点解决以下问题：构建基于聚合物/无机荧光材料/碳纳米材料的多层复合结构，利用聚合物丰富的网络结构和碳纳米材料良好的导电性能来改善薄膜的热稳定性和导电能力；分析新器件结构下场致电子发射的受调控过程，利用电子束发散效应降低新技术对薄膜在耐流能力和抗轰击能力等方面的要求；测试及改善复合纳米结构的荧光和光电导性能，利用能级结构等理论对相关现象进行机理解释。该类新型荧光薄膜可以应用在其它有关场发射技术的基础研究中。项目研究结果对研制大面积平面光源和高分辨率场发射显示器件具有直接的指导意义。

目前大面积纳米材料在场发射器件中的应用正面临着需要改善电子发射均匀性的技术瓶颈。已报道的大多数改善方法都采用对整片纳米材料同时进行处理的方式，在处理过程中缺乏针对性。本项目提出一种基于光照方式的场发射后处理技术，其关键工艺是研制一种能通过光电导效应调控场发射局域电流的新型阴极射线荧光薄膜。当薄膜被特定波长的光源局部照射时，相应区域的阴极材料才能进入大电流老炼状态而改变电子发射能力。项目开展了如下几个方面的主要研究内容：探索并验证了聚苯胺/氧化锌/氧化石墨烯复合结构薄膜的制备工艺；分析复合结构阴极射线荧光薄膜的物性；探索并验证若干类冷阴极用金属氧化物纳米结构薄膜的制备工艺；分析冷阴极纳米结构薄膜的场发射性能；改进场发射均匀性后处理装置及其技术和方法；分析冷阴极材料在后处理条件下电子发射能力趋同的机理；筛选适用于通过光照处理方式改善场发射均匀性的冷阴极纳米材料和阴极射线荧光薄膜。测试结果表明，氧化钨、氧化铟和氧化铁等冷阴极纳米材料适合于通过光照处理方式改善场发射均匀性，需要根据冷阴极材料的特性来选择最适用的阴极射线荧光薄膜。项目提出的改善场发射均匀性的方法对研制平面光源和高分辨率场发射显示器件具有指导意义，研制得到的新型阴极射线荧光薄膜可以应用在有关场发射技术的基础研究中。