W/WO3纳米异质结构的可控制备、生长机理与场发射性能研究

金属W纳米线具有优异的场发射性能，在场电子发射器件和微－纳电子器件等诸多领域中发挥了重要作用。研究表明：W/WO3纳米线异质结构具有比W纳米线更好的场发射性能，有望实现在纳米集成器件上的应用。为此，本项目拟进行以下研究：以金属催化生长的W纳米线主干阵列为基础，采用气相沉积方法原位合成W/WO3纳米线异质结构，实现纳米线异质结构的可控生长和大批量制备；研究反应温度、时间和气氛与W/WO3纳米线异质结构形貌、尺度和产率的对应关系；研究W和WO3纳米线的界面和位向关系，确定异质结构的生长机理；采用Fowler-Nordheim方法研究W/WO3纳米线异质结构的场发射性能，探究 "结构－场发射性能"关系。研究结果有望解决W/WO3纳米线异质结构的可控及大批量制备问题，并获取W/WO3纳米线异质结构场发射性能的基本数据及 "结构－场发射性能" 的对应关系，从而为实际应用研究打下基础。

金属钨纳米线具有优异的场发射性能，在场电子发射器件和微-纳电子器件等诸多领域中发挥了重要作用。研究表明：钨/氧化钨纳米线异质结构具有比钨纳米线更好的场发射性能，有望实现在纳米集成器件上的应用。首先，氧化钨具有钨更好的场发射性能，其开启场强更低，以钨纳米线为基础生长成钨/氧化钨纳米线异质结构后，可以显著提高纳米线的场发射性能；其次，氧化钨是一种优异的气敏材料和催化剂，如果生长在钨纳米线上，可以增大比表面积和提高气敏性能和催化性能；再次，一维钨/氧化钨纳米线异质结构兼有两种物质各自优异的性能，未来有可能实现在纳米集成器件上的应用。为此，本项目进行了以下研究：（1）以金属催化生长的钨纳米线主干阵列为基础，采用气相沉积方法原位合成钨/氧化钨纳米线异质结构，实现纳米线异质结构的可控生长和大批量制备；（2）研究了反应温度、时间和气氛与钨/氧化钨纳米线异质结构形貌、尺度和产率的对应关系；（3）研究了钨和氧化钨纳米线的界面和位向关系，确定了异质结构的生长机理；（4）采用Fowler-Nordheim方法研究了钨/氧化钨纳米线异质结构的场发射性能，探究了“结构-场发射性能”关系；（5）采用纳米压痕技术研究了钨纳米线的力学性能，包括硬度、弹性模量和抗蠕变性能，为纳米线作为场发射用材料奠定了相应的力学基础。研究解决了钨/氧化钨纳米线异质结构的可控及大批量制备问题，并获取了钨/氧化钨纳米线异质结构场发射性能的基本数据及 “结构-场发射性能”的对应关系，从而为实际应用研究打下了坚实的基础。项目4年的研究工作取得了良好的进展和研究结果。目前，整个研究工作已顺利完成，正式发表期刊论文5篇，包括国际知名期刊论文4篇，国内核心期刊论文1篇，其中SCI收录5篇，EI收录5篇。在整个项目执行过程期间，项目负责人共参加国际/国内学术会议10次，其中5次做口头报告，1次担任分会主席，1次担任大会组委会委员。共培养博士后研究人员1名（已出站），研究生1名（已毕业），同时项目负责人被Elsevier出版集团聘为美国知名期刊《Materials Characterization》副主编，被中国材料研究学会青年工作委员会聘为常务理事、副主任。