[发明专利]一种半金属二氧化钛纳米管阵列膜的生长方法及其应用

说明书

技术领域

本发明属于场发射阴极材料技术领域，涉及一种直接用于场发射的半金属二氧化钛纳米管阵列膜的生长方法；本发明还涉及一种该半金属二氧化钛纳米管阵列膜的应用。

背景技术

场发射显示器是一种真空微电子器件，不仅具有阴极射线管的高图像质量、液晶显示器的轻薄，而且还具有等离子体显示器的大面积等优点，使其具有与其它显示器件进行竞争的潜在实力。近年来，场发射显示器已经引起了人们的广泛关注。但场发射显示器要获得广泛应用, 性能优异的场发射阴极材料是最重要的技术支撑之一。

对场电子发射冷阴极材料的研究集中在寻求开启（或阈值）电场低、发射电流密度大、长寿命的场电子发射冷阴极材料。目前常用的场发射阴极材料有金属材料（Mo、W、Ni 等）、传统半导体材料（ Si、Ge、GaAs等）、碳化物材料（ZrC、TaC、 SiC等）、氮化物材料（TiN 、GaN 、AlN等）、碳基材料（金刚石、碳纳米管、非晶碳等）以及氧化物材料（CuO、SnO₂、ZnO、In₂O₃、TiO₂ 、WO₃等）。然而，研究表明上述的很多材料都存在明显的缺点：或者功函数大，需要很高的驱动电压；或者化学活性高，致使发射体劣化；或者发射电流密度小，不满足调制要求；或者在大电流下散热困难，影响正常工作等，限制了这些材料在场发射显示器件中的应用。因此，研究一种性能优良，更具实用价值的场电子发射冷阴极材料成为当务之急。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种半金属二氧化钛纳米管阵列膜的生长方法，能够制得一种性能优良，具有实用价值的场电子发射冷阴极材料。

本发明的另一目的在于提供一种上述半金属二氧化钛纳米管阵列膜作为场发射阴极材料的应用。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是，一种半金属二氧化钛纳米管阵列膜的生长方法，在工业用纯钛片上生长场发射性能优异、能直接作为场发射冷阴极的半金属二氧化钛纳米管阵列膜，该生长方法具体按以下步骤进行：

步骤1：清洗纯钛片；

按体积比1：4～8，将浓氢氟酸和浓盐酸混合形成抛光液；

步骤2：将步骤1中清洗的纯钛片放入步骤1制得的抛光液中化学抛光10 s～180 s；

步骤3：室温下，将石墨和步骤2中化学抛光后的纯钛片放入电解液，对该纯钛片进行氧化；

步骤4：将步骤3中氧化后的纯钛片放入乙二醇溶液中浸泡4 h～12 h；

步骤5：将步骤4中浸泡后的纯钛片放入耐高温反应器中，在真空度为1 Pa～200 Pa、温度为700℃～850℃、通入流速为10SCCM～12 SCCM混合气氛的条件下保温10 min～90 min，然后在氩气气氛下自然冷却至室温, 制得半金属二氧化钛纳米管阵列膜。

本发明所采用的另一技术方案是，一种上述半金属二氧化钛纳米管阵列膜的应用，将其直接作为场致电子发射冷阴极。

本发明生长方法采用恒压直流阳极氧化法在工业用纯钛片表面生长无定形的二氧化钛纳米管阵列膜，再通过后续处理转化为具有半金属特性的二氧化钛纳米管阵列膜，该纳米管阵列膜具有开启电场低、可重复性和场发射稳定性好的特点，场发射性能优异，能直接作为场发射冷阴极，并且与钛基底结合牢固。本生长方法便于工业化生产，易于制得价格便宜的半金属二氧化钛纳米管阵列膜，在场致电子发射显示材料方面有较好的应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例1中半金属二氧化钛纳米管阵列膜的SEM表面形貌图。

图2是本发明实施例1中半金属二氧化钛纳米管阵列膜的SEM断面图。

图3是本发明实施例中2半金属二氧化钛纳米管阵列膜的XRD谱。

图4是本发明实施例2制得的半金属二氧化钛纳米管阵列膜XPS能谱中的Ti 2p窄扫描谱图。

图5是本发明实施例2制得的半金属二氧化钛纳米管阵列膜XPS谱中O 1s窄扫描谱图。

图6是本发明实施例2制得的半金属二氧化钛纳米管阵列膜XPS谱中C 1s窄扫描谱图。

图7是本发明实施例3制得的半金属二氧化钛纳米管阵列膜的电流随电压变化的关系曲线图（I-V曲线）。

图8是本发明实施例4制得的半金属二氧化钛纳米管阵列膜的电流密度与电场强度特性曲线图。

图9是本发明实施例4制得的半金属二氧化钛纳米管阵列膜的F-N特性曲线图。

图10是本发明实施例5制得的半金属二氧化钛纳米管阵列膜的电流密度随时间变化的特性曲线图（场发射稳定性曲线）。