金刚石纳米针阵列复合材料及其制备方法和应用
成果类型:: 发明专利
发布时间: 2022-10-26 09:28:19
近来,石墨烯基材料在各领域的应用引起了广泛的兴趣,包括场效应晶体管、气体探测器、谐振器及储能领域。同时,石墨烯材料的原子层厚度边缘及独特的二维结构和电学性质使它成为一种极有潜力的场电子发射材料。石墨烯的制备有多种方法,包括力学剥离法、化学剥离法、外延生长、氧化及热膨胀法及化学气相沉积法。然而,这些方法沉积的石墨烯多数是沉积在衬底表面的二维薄膜结构。近期的研究表明形貌不平整的单层石墨烯薄膜比平整的石墨烯薄膜发射性能更好,因为在不平整的薄膜上有更多的边缘和缺陷,这些有可能成为发射点,提升场发射性能。目前,已经有报道可以利用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)在平面衬底上制备直立的石墨烯,石墨烯的原子层厚度边缘垂直于衬底表面。然而,这种直立石墨烯材料仅显示出较好的场电子发射稳定性,其场电子发射性能(如阈值电压)不及具有超高纵宽比的碳纳米管等材料。因此,现有石墨烯材料用于场电子发射的技术多采用直立石墨烯/平面硅基底的复合材料结构,只利用了直立石墨烯尖锐边缘的优异场电子发射特性,形状因子偏小。
本发明金刚石纳米针阵列复合材料采用金刚石纳米针阵列,复合材料的制备方法直接在金刚石纳米针阵列表面及尖端获得形貌密度可控、电子发射点的三维石墨烯层,使得金刚石纳米针阵列复合材料具有边缘尖锐、形貌密度可控、一致性好、大面积等优点,具有非常优异的场发射特性。另外,本发明金刚石纳米针阵列复合材料的制备方法工艺简单,条件可控性好,且生长石墨烯纳米片具有尖端和尖锐的边缘,大的表面积。使得本发明金刚石纳米针阵列复合材料具有优异的导热性能,显著的提高了本发明金刚石纳米针阵列复合材料场发射的稳定性。生长在金刚石纳米针阵列表面的三维石墨烯由于其独特的结构,具有尖端和尖锐的边缘,大的表面积,有效提高了本发明金刚石纳米针阵列复合材料的场发射性能和稳定性能。
技术合作
制备的金刚石纳米针阵列复合材料中的三维石墨烯层分别进行TEM、HRTEM和拉曼图谱分析,其结果分别与图3a、图3b和图4近似,说明其这边的金刚石纳米针阵列复合材料也具有非常优异的场发射特性。同时也说明本发明实施例金刚石纳米针阵列复合材料的制备方法条件可控性好,制备的金刚石纳米针阵列复合材料形貌密度可控、结构稳定性好,场发射性能稳定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包括在本发明的保护范围之内。