氮化碳的制备及其场发射性能研究文献综述

 2022-10-25 11:12:03

文献综述(或调研报告):

一、引言

2D-g-C3N4具有独特的电子结构、合适的带隙宽度、优良的物理化学性能等,而且制备简单、生产成本低、具有易于调控的能带结构,这使其成为场发射材料中最值得研究的方向之一。

二、制备氮化碳的方法

和场发射器件相关度比较高的主要有氮化碳薄膜和氮化碳纳米管。由于两者的合成方法很多是类似的,更多是控制条件的不同,因此以下以主要合成方法分类进行总结。

1. 热分解法

丁佩等[1]在800度和N2/H2气氛下缓慢注入乙二胺前驱液,使CNx纳米管在预先处理好的硅基片上定向生长。这样制备出来氮化碳具有良好的定向性,而且可以通过控制反应时间来控制纳米管的高度。在此基础上,他们又通过在780℃-940℃内,N2/H2/NH4Cl氛围下使二茂铁和二甲苯受热分解,在石英管内生成CNx纳米管[2]

2. 化学沉积法

陈光华等[3]在热丝辅助等离子化学气相沉积的过程中,给基底加上一个负偏压,以激活反应基团的活性,最后在CH4/N2气氛下制备出了不含石墨相的多晶态CNx薄膜。 Aoi等[4]采用感应耦合等离子体化学气相沉积法(CVD) 在Ar/CCl4/NH3气氛下用、无线电射频(RF)和空心阴极灯(HC)及脉冲激光沉积技术(PLD)在硅衬底上制备了高N/C比的非晶态CNx薄膜。在此基础上他们通过热处理之后发现这种薄膜在高温下会出现N含量下降,薄膜厚度降低的情况[5]。Alexandrou等[6]在低压(1times;10-3mbar) N2氛围下用电弧冲击碳基片,并在硅或NaCl基片上沉积出CNx非晶态薄膜。在过程中N2压力下降到了2times;10-4。之后他们将薄膜在HF:NH4F氛围下进行处理后进行了场发射性能测试,显示出发射电流密度有一个较大的提高。Bai等[7]也使用与陈光华等类似的沉积法,在基片上定向得到了硼氮参杂的碳纳米管。此外,D.Y. Zhong等[8]在处理过的Si及SiO2衬底上生成铁催化层,通过微波等离子体加强的CVD在较低的温度(550℃)下合成了直径为6cm,大规模排列良好的CNx纳米管薄膜。 这种纳米管由于是在基底上直接生长,提纯难度较大,所以进行场发射测试时不可避免的会包含非合成纳米管的其它物质的电子发射,难以进行直接比较。

叶凡等[9]用甲醇和乙腈作为电解液,用Zn片作为基片,在液相中通过电化学沉积法制备了CNx薄膜。实验结果还说明,衬底性质比如Si片的不同电阻率,对膜的形成过程和特性会产生一定的影响。

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