一种纳米锥阵列材料及其制备方法技术

本发明专利技术一种纳米锥阵列材料，其组成成份为ＡｌＮ，所述材料宏观上形成一种纳米锥阵列；本发明专利技术一种纳米锥阵列材料的制备方法，所述材料采用化学气相沉积法制备，制备出单晶ＡｌＮ塔状纳米锥阵列并与硅基板原位垂直组装。本发明专利技术的优点是：此场发射材料具有很低的开启电压、特别是具有非常高的发射电流稳定性等一系列优异的场发射性能。此材料制备方法简易、成本低，在平板显示器和阴极场发射器件等领域具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米锥阵列材料及其制备方法
：本专利技术涉及材料科学，特别提供了一种纳米锥阵列材料及其制备方法。
技术介绍
：自1991年饭岛博士用电弧蒸发法发现碳纳米管以来，科技界掀起了研究准一维纳米材料(包括纳米管、纳米线等)的热潮。由于纳米线具有近于完美的晶体材料，因此，研究纳米线对推动纳米材料的研究与开发，对凝聚态理论的发展有着重要的意义。氮化铝由于具有和硅匹配的热膨胀系数，高的热导率，高的热、化学稳定性，在整个可见光和红外频带都具有很高的光学透射率；同时，它还具有抗腐蚀性好、密度低、力学性能优良、介电性能好等特点，其已被广泛用于制作电子基板、电子封装材料、复合材料，它还是优异的多功能宽禁带半导体薄膜等材料，在电子和光电子器件等领域有着十分广阔的应用前景。制备出一维和准一维AlN纳米材料也必将非常有助于研究和发展纳米电子和光电子器件。一维和准一维纳米AlN材料具有传统大块材料所不具备的一些奇特性能，其制备和应用近来引起人们的普遍关注。前人研究表明：因氮化铝具有非常低的电子亲合势，故可望是一种优异的场发射材料；同时，由于AlN纳米锥材硬度较高，其还可望被用作纳米探针。
技术实现思路
：本专利技术的目的是提供一种AlN纳米锥阵列的场发射材料及其制备方法。-->本专利技术一种纳米锥阵列材料，其特征在于：所述材料组成成份为AlN，所述材料宏观上形成一种纳米锥阵列；本专利技术所述纳米锥阵列材料，其特征在于：所述材料中单个AlN纳米锥为单晶纳米锥，AlN纳米锥的分布密度为每平方厘米104～1010根。本专利技术所述纳米锥阵列材料，其特征在于：所述材料中单个AlN纳米锥的微观形貌为塔锥状，锥尖直径在10-100纳米，锥座直径为100-700纳米，锥高为1-10微米。这些纳米锥均匀、垂直组装在硅基板上。本专利技术所述材料中单个的锥形AlN纳米锥的头部为纳米尺度；其底座为亚微米尺度；基板为宏观尺度。本专利技术所述纳米锥阵列材料，其特征在于：所述材料中单个AlN纳米锥为单晶纳米锥，AlN纳米锥的分布密度为每平方厘米106～107根。本专利技术一种如上所述纳米锥阵列材料的制备方法，其特征在于：所述材料采用化学气相沉积法制备，制备出单晶AlN塔状纳米锥阵列并与硅基板原位垂直组装。本专利技术所述纳米锥阵列材料的制备方法，其特征在于：所述制备过程为：以纳米铝粉为原料，纳米氧化铁粉为氧化剂，其二者的重量百分比范围为3∶2～4∶1；以氨气为反应气体，气压在700～850乇，流量为80～200ml/min，温度为650～900℃；反应时间为30～150分钟，合成氮化铝纳米锥阵列并原位垂直组装在硅基板上。测试上述氮化铝纳米锥阵列的场发射性能，其结果为：在80分钟的场发射电流稳定性为小于0.8％，开启电压为4.7V/μm。本专利技术所述纳米锥阵列材料的制备方法，其特征在于：所述制备过程-->为：以纳米铝粉为原料，纳米氧化铁粉为氧化剂，其二者的重量百分比为3∶1，以氨气为反应气体，气压在780乇，流量为125ml/min，温度为700℃；反应时间为45分钟，合成氮化铝纳米锥阵列并原位垂直组装在硅基板上，本专利技术一种纳米锥阵列材料，其用作场发射材料、纳米探针。目前AlN准一维纳米材料制备手段主要有化学气相沉积法、电弧放电法和激光烧蚀等方法，但尚未制备出单晶AlN垂直组装在硅基板上的准一维纳米阵列。本专利技术所述的纳米锥阵列材料，其可以用作场发射材料、纳米探针等。因为AlN具有优良的半导体属性和抗氧化耐高温的高结构稳定性，我们将纳米锥阵列的发射电流群体收集效应(发射电流密度高)与单晶AlN纳米锥作为场发射材料所具有的开启电压低、发射电流波动小等优良特性结合起来，制作得到本专利技术所述纳米锥阵列材料。本专利技术所述材料制备方法简易、成本低，在平板显示器和阴极场发射器件等领域具有良好的应用前景。本专利技术提供的一种纳米锥阵列材料，尤其是单晶AlN纳米锥阵列材料，其具有如下优点：1、单根纳米锥微观形状线性度好；2、单根纳米锥强度高；3、相对于现有的场发射材料而言：开启电压低、发射电流密度高、发射电流波动小。附图说明：图1  AlN纳米锥阵列的扫描电镜照片；-->图2  AlN纳米棒阵列材料场发射性能曲线(电流—电压)；图3  AlN纳米棒阵列材料场发射性能曲线(电流—时间)。具体实施方式：实施例1用化学气相沉积法合成氮化铝纳米锥阵列并原位垂直组装在硅基板上，条件是：纳米铝粉(原料)与纳米氧化铁粉(氧化剂)的重量比为2∶1，反应气体为NH3，气压在780乇，流量为100ml/min，温度为750℃，反应时间为90分钟。然后测试氮化铝纳米锥阵列的场发射性能，其结果为：在250分钟的场发射电流稳定性为小于0.8％，开启电压为4.6V/μm。实施例2用化学气相沉积法合成氮化铝纳米锥阵列并原位垂直组装在硅基板上，条件是：纳米铝粉(原料)与纳米氧化铁粉(氧化剂)的重量比为3∶1，反应气体为NH3，气压在780乇，流量为125ml/min，温度为700℃；反应时间为45分钟。然后测试氮化铝纳米锥阵列的场发射性能，其结果为：在80分钟的场发射电流稳定性为小于0.8％，开启电压为4.7V/μm。实施例3用化学气相沉积法合成氮化铝纳米锥阵列并原位垂直组装在硅基板上，条件是：纳米铝粉(原料)与纳米氧化铁粉(氧化剂)的重量比为4∶1，反应气体为NH3，气压在780乇，流量为150ml/min，温度为800℃；反应时间为120分钟。然后测试氮化铝纳米锥阵列的场发射性能，其结果为：在250分钟的场发射电流稳定性为小于0.8％，开启电压为4.8V/μm。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米锥阵列材料，其特征在于：所述材料组成成份为ＡｌＮ，所述材料宏观上形成一种纳米锥阵列。

【技术特征摘要】
1、一种纳米锥阵列材料，其特征在于：所述材料组成成份为AlN，所述材料宏观上形成一种纳米锥阵列。2、按照权利要求1所述纳米锥阵列材料，其特征在于：所述材料中单个AlN纳米锥为单晶纳米锥，AlN纳米锥的分布密度为每平方厘米104～1010根。3、按照权利要求1所述纳米锥阵列材料，其特征在于：所述材料中单个AlN纳米锥的微观形貌为塔锥状，锥尖直径在10-100纳米，锥座直径为100-700纳米，锥高为1-10微米；这些纳米锥均匀、垂直组装在硅基板上。4、按照权利要求1所述纳米锥阵列材料，其特征在于：所述材料中单个AlN纳米锥为单晶纳米锥，AlN纳米锥的分布密度为每平方厘米106～107根。5、一种如权利要求1所述纳米锥阵列材料的制备方法，其特征在于：所述材料采用化学气相沉积法制备，制备出单晶AlN塔状纳米锥阵列并...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛洪涛，唐永炳，成会明，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]