TiO2纳米管有序阵列结构的碳材料修饰及其场电子发射特性研究

该项目的总体思路是基于模板法自组装技术,即用电化学阳极氧化工艺首先制备高度有序的TiO2/Ti或TiO2/Si纳米管阵列模板，尔后再用低气压化学气相沉积法在Ti(或Si)基上的TiO2纳米管的微孔内修饰碳纳米管、金刚石或非晶碳,形成C/TiO2同轴有序阵列复合结构, 进而研究其场电子发射特性。这种方法不仅在纳米有序复合结构制备种类的选择上具有很大的灵活性,而且在复合结构制备工艺上有很好的可控性。似具有如下明显的优点:1)这种自组装形成的纳米管同轴有序阵列复合结构比用传统方法制备的微尖阵列长径比大、密度高,可望降低其场电子发射的开启电场、增大发射电流密度和提高发射的稳定性和寿命;2)其制备工艺简便、易大面积生长、结构均匀、成本低、易器件化加工;3)易掺杂改性,使之在场电子发射性能的改善方面大有可为;4)该结构有助于了解各发射单元间相互耦合关系,利于纳米阵列结构场电子发射机理的深入研究。

本项目执行期间, 基于增强C-TiO2纳米管（棒）阵列复合结构体系的协同优势设计制备新型场发射体的研究思路，首先优化了TiO2/Ti纳米管阵列等结构的可控制备工艺, 并解决了对其实施碳、氮和铁掺杂、碳纳米管修饰(CNTs)、氢化的关键工艺，还创新了单晶金红石相TiO2纳米棒结构制备技术；进而系统地研究了上述结构的场发射特性, 深入探究了制备工艺参数影响其场发射性能的机理和规律，并掌握了设计制备该类新型场发射体的新工艺和新技术；最终成功筛选出开启电场低、电流密度大、性能稳定的新型场发射体；此外还适时拓展了对上述TiO2纳米阵列结构光伏及光催化等方面的研究内容. 项目执行期间共发表期刊论文21篇[SCI论文15篇(其中I区1篇，II区5篇), 国内核心期刊6篇], 会议论文11篇, 学位论文12部; 申请国家发明专利3项，已授权1项; 获得甘肃省高校科技进步奖三等奖1项; 培养博士研究生3名, 硕士研究生9名. 总之，我们高质量地完成了项目的研究任务, 实现了预期研究目标. 所取得的系列研究成果对进一步研发新型碳-氧化物冷阴极场发射体提供了翔实的科学依据, 并具有良好的应用前景.