CN105374652B - 一种Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极 - Google Patents

Abstract

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，包括基底以及分布于基底上的电极，其特征在于：所述电极中至少部分的材料为纳米线，所述纳米线为在纳米线上形成有Au纳米颗粒的，所述Au纳米颗粒的尺寸为1‑10nm。本发明阴极具有极其良好的场发射能力，且开启电池低，性能高效，应用范围广，同时制备工艺简单，操作方便，与现有技术相比较有较低的能耗。

Description

一种Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极

技术领域

本发明涉及一种低维半导体材料元件，特别是一种Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极。

背景技术

自1991年，日本的lijima教授发现碳纳米管以来，半导体低维纳米材料就成为了纳米科技界的研究热点和重点。随着研究的深入和技术的进步，有望为新颖高效的光电器件研发获得重大突破提供契机。场发射是低维纳米材料的固有特性之一。研究表明，纳米结构具有传统材料所不具备的优异场发射性能，在显示和真空电子等光电器件领域具有巨大的潜在应用前景。然而，基于低维纳米结构的场发射阴极材料得以真正应用还有赖于其性能的进一步改善和提高，比如提高电子发射特性，获得更低的开启电场等。

SiC是一种重要的第三代半导体材料，其低维纳米结构由于具有高的禁带宽度、高热导率和电子饱和迁移率、高电子漂移速率、小的介电常数、优异的物化性能等优越特性，在场发射阴极材料领域有着广泛的应用前景，近十年来颇受关注。1999年，Wong等人首次报道了SiC纳米线的电子发射特性。随后，国内外大量的工作报道了不同形貌的SiC低维纳米结构和不同元素掺杂的SiC纳米线的场发射特性，如SiC纳米线的开启电场为3.33-10.1V/μm，SiC纳米带的开启电场为3.2V/μm，SiC/Si纳米异质结构的开启电场为2.6V/μm，SiC/SiO₂纳米电缆的开启电场为3.3-4.5V/μm，阵列化SiC纳米线的开启电场为0.7-1.5V/μm，N掺杂的SiC纳米线的开启电场为1.90V/μm，B掺杂的SiC纳米线的开启电场为1.35V/μm，Al掺杂的SiC纳米针的开启电场为1.0V/μm。

然而，已有研究工作主要集中在对SiC形貌的控制和对SiC纳米线的掺杂改性的发射阴极材料，而通过表面修饰低维的SiC纳米结构，提高电子发射特性，大幅度降低SiC纳米结构的开启电场，鲜见文献报道。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，与未经Au纳米颗粒修饰的SiC场发射阴极材料相比，其开启电场降低近1倍，表明Au纳米颗粒修饰，能有效提高SiC纳米线的电子发射能力。所制备的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线作为场发射阴极具有较低的开启电场，有望应用于场发射显示器、小型化X射线管等领域。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，包括基底以及分布于基底上的电极，电极中至少部分的材料为纳米线，所述纳米线为在纳米线上形成有Au纳米颗粒的，所述Au纳米颗粒的尺寸为1-10nm。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的一种改进，纳米线的直径(最大径)为0.05-1微米。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的一种改进，纳米线上Au纳米颗粒为在常温高真空条件下真空溅射得到的。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的一种改进，高真空条件为10^-4-10^-6Pa。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的一种改进，纳米线包括柱状的本体和形成于本体端部的头部，其中头部包含元素钴。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的一种改进，本体为包括以结晶形式存在的SiC晶体。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的一种改进，头部为含有碳元素和硅元素的钴合金。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的一种改进，头部为球形或者椭球形，头部的表面为光滑表面或者不光滑表面(如表面具有凹凸结构或者瓣状结构)。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的一种改进，本体表面为光滑表面或者粗糙表面。当本体表面为粗糙表面时，本体表面具有棱凸，棱凸的延伸方向一致(整体呈“Z”型，在每一个侧面上成平行或者近平行结构)或者不一致(交叉或者交叉结构)。这里本体表面为粗糙表面时还可以具有凹凸结构(即凹槽结构或者凹槽与凸起并存的结构)，或者还可以为在表面形成有孔结构。

本发明通过两步法制备Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的场发射阴极。第一步，通过有机前驱体热解法，以碳纤维布为衬底，制备了SiC纳米线场发射阴极。第二步，在室温、高真空的条件下，通过溅射法制备了Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极。场发射性能检测结果表明，所制备的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极材料具有较低的开启电场。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法，包括如下步骤：

a、前置处理：前躯体预处理、基体预处理；

b、纳米线制备：预处理后的前躯体和预处理后的基体共同置于烧结氛围下，在保护气氛下，前躯体热解，再降温在预处理后的基体上生长纳米线；

c、纳米线修饰：在纳米线上形成Au纳米颗粒，Au纳米颗粒的尺寸为1-10nm。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种改进，步骤c中纳米线的直径为0.05-1微米。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种改进，步骤c中纳米线上Au纳米颗粒为在常温高真空条件下真空溅射得到的。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种改进，步骤c中高真空条件为10^-4-10^-6Pa。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种改进，步骤b中前躯体的热解为前躯体经匀速升温至热解温度充分热解，热解温度为1300-1550℃，升温速率20-40℃/min。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种改进，步骤b中热解氛围为包括氮气、氩气中至少一种的气体。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种改进，步骤b中热解氛围为氮气、氩气混合气，其中混合气中N₂含量为3-10(v/v)％。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种改进，步骤b中降温为热解后降温(降温速度为10-20℃/min)至生长温度1050-1150℃。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种改进，前躯体为含有Si和C元素的有机前驱体。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种改进，基体的预处理为基体在浓度为0.01-0.1mol/L的Co(NO₃)₂溶液中浸渍1-10分钟。

本发明公开的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的制备方法的一种具体的实施方案为，其中基体采用碳纤维布，前躯体采用聚硅氮烷：

1)有机前驱体热交联固化(固化温度为250-270℃；固化时间30-60分钟)和粉碎；(前躯体准备时，固化后的原料经粉碎后的粉末的粒径尺寸为0.3-5μm。通过控制原料粉末的尺寸，有利于对纳米线在烧结过程中生长时的晶型稳定性进行控制，在采用较小的晶粒时，由于热解速度较快，生长速度较高，晶胞结构极易出现位错等缺陷，使得单晶形态的一维材料难以实现，同时原子的堆叠周期同样会被延长，无论是在实现C型、R型、H型结构时均难以得到周期较短的晶体结构，并且由于生长速度快，材料的直接会较为粗胖，对性能控制不易；而粒径过于粗大，则会导致烧结热解效率低，受热不均，甚至出现原料来不及热解而成为材料中杂质的现象，对烧结热解过程的控制要求稍显严格)；

2)将碳纤维布浸置在Co(NO₃)₂溶液中2分钟(基体预处理)；

3)将粉碎得到的有机前驱体粉末置于氧化铝坩埚中，并将经过Co(NO₃)₂溶液处理的碳纤维布衬底放置在坩埚顶部；

4)将氧化铝坩埚及衬底一起置于气氛烧结炉中，在氮氩混合气氛保护下加热到特定的热解温度；

5)按一定的冷却速率将气氛炉温度降至1100℃；

6)随炉冷却至室温，在碳纤维布上实现SiC纳米线结构的制备。

7)将在碳纤维布上制备好的SiC纳米线在室温、高真空下用溅射设备喷Au，实现了Au纳米颗粒修饰SiC纳米线的场发射阴极制备。

8)将喷Au后的场发射阴极装入测试系统中，进行场发射性能检测和分析。

所述步骤(1)中，使用的原料为聚硅氮烷，亦可使用其他含Si和C元素的有机前驱体(如聚硅氧烷等)。

所述步骤(2)中，采用碳纤维布作为衬底，Co(NO₃)₂作催化剂，Co(NO₃)₂浓度为0.05mol/L，亦可采用其他浓度的Co(NO₃)₂溶液。

所述步骤(4)中，所采用的烧结设备为石墨电阻气氛烧结炉，加热速率为30℃/min，热解温度为1450℃，亦可采用其他的加热速率和热解温度，热解气氛为N₂:Ar＝5:95的混合气(体积比)，各组分的纯度为99.99％。

所述步骤(5)中，所采用的冷却速率为14℃/min。

所述步骤(7)中，喷Au时间为15s。

所述步骤(8)中，场发射性能测试中，阴极为Au纳米颗粒修饰的SiC纳米线，阳极为不锈钢，场发射测试仪器的真空度为3×10^-7Pa，阴阳极之间距离设置为700μm，电压-电流曲线由Keithley 248高压电源测定，场发射测试在室温下进行。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明实现了Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的制备。所制备的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极在室温下具有较低的开启电场。与未经Au纳米颗粒修饰的SiC纳米线相比，其开启电场为1.15V/μm，降低近1倍，表明Au纳米颗粒修饰，能有效提高SiC纳米线的电子发射能力。本发明的一维纳米材料具有良好的结构稳定性和优异的光电性能，作为半导体材料性能突出，同时生产和加工方便，可控性强，便于大规模工业化生产，在基体材料上具有良好的取向效果和稳定性。

附图说明

图1为本发明制备实施例1所制得的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的低倍扫描电镜(SEM)图。

图2为本发明制备实施例1所制得的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的高倍扫描电镜(SEM)图。

图3为本发明制备实施例1所制得的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的低倍透射电镜(TEM)图。

图4为本发明制备实施例1所制得的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的高倍透射电镜(HRTEM)图。

图5为本发明制备实施例1所制得的未经Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的低倍透射电镜(TEM)图。

图6为本发明制备实施例1所制得的未经和经过Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的X射线衍射(XRD)图(图中曲线1为经过Au修饰的；曲线2为未经过Au修饰的)。

图7为本发明制备实施例1所制得的未经和经过Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极在室温下的场发射电流密度-电场强度图谱(图中曲线1为经过Au修饰的；曲线2为未经过Au修饰的)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

发射阴极实施例一

本实施例中Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，包括基底以及分布于基底上的电极，电极中至少部分的材料为纳米线，纳米线为在纳米线上形成有Au纳米颗粒的，Au纳米颗粒的尺寸为1nm(Au纳米颗粒的尺寸还可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、1.15、2.35、3.42、4.37、5.55、6.78、7.62、8.88、9.57以及1-10nm范围内的其它任意值)。

发射阴极实施例二

本实施例中Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，包括基底以及分布于基底上的电极，电极中至少部分的材料为纳米线，纳米线为在纳米线上形成有Au纳米颗粒的，Au纳米颗粒的尺寸为1nm(Au纳米颗粒的尺寸还可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、1.15、2.35、3.42、4.37、5.55、6.78、7.62、8.88、9.57以及1-10nm范围内的其它任意值)，纳米线的直径(最大径)为0.05微米(纳米线的直径还可以为0.07、0.09、0.12、0.16、0.23、0.28、0.32、0.36、0.45、0.48、0.52、0.54、0.63、0.66、0.73、0.74、0.85、0.88、0.91、0.99、1.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9以及0.05-1微米范围内的其它任意值)。

发射阴极实施例三

本实施例中Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，包括基底以及分布于基底上的电极，电极中至少部分的材料为纳米线，纳米线包括柱状的本体和形成于本体端部的头部，其中头部包含元素钴，纳米线为在纳米线上形成有Au纳米颗粒的，Au纳米颗粒的尺寸为1nm(Au纳米颗粒的尺寸还可以为2、3、4、5、6、7、8、9、10、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、1.15、2.35、3.42、4.37、5.55、6.78、7.62、8.88、9.57以及1-10nm范围内的其它任意值)；纳米线的直径(最大径)为0.05微米(纳米线的直径还可以为0.07、0.09、0.12、0.16、0.23、0.28、0.32、0.36、0.45、0.48、0.52、0.54、0.63、0.66、0.73、0.74、0.85、0.88、0.91、0.99、1.0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9以及0.05-1微米范围内的其它任意值)。

本实施例中本体为包括以结晶形式存在的SiC晶体——即本体中碳化硅的存在形式可以为晶体形态；也可以为晶体形态和非晶形态并存的形态。另外，头部为含有碳元素和硅元素的钴合金。

发射阴极实施例四至六与发射阴极实施例一至三的唯一区别仅在于本体的柱面为光滑表面。

发射阴极实施例七至九与发射阴极实施例一至三的唯一区别仅在于本体的柱面为粗糙表面。

发射阴极实施例十至十二与发射阴极实施例一至三的唯一区别仅在于本体的柱面为粗糙表面，当本体表面为粗糙表面时，本体表面具有棱凸，棱凸的延伸方向一致(整体呈“Z”型，在每一个侧面上成平行或者近平行结构)或者不一致(交叉或者交叉结构)。这里本体表面为粗糙表面时还可以具有凹凸结构(即凹槽结构或者凹槽与凸起并存的结构)，或者还可以为在表面形成有孔结构。

与上述实施例相区别的，头部的最大径与本体的最大径相近，其与本体的最大径的相差范围为±30％(如-30％、-22％、-20％、-17％、-15％、-10％、-8％、-2％、0％、30％、22％、20％、17％、15％、10％、8％、2％以及-30％-30％范围内的其它任意值)，这里同样适用于本段前述数据的应用。

制备实施例1

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于260℃保温30min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中2分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至10^-4Pa，再充入N₂:Ar＝5:95的混合气(单一组分的气体纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以30℃/min的速率从室温快速升温至1450℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空下溅射15s，随后进行场发射性能的测试。图1为所制得的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的低倍扫描电镜(SEM)图；图2为所制得的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的高倍扫描电镜(SEM)图，孤立状的纳米颗粒表明Au纳米颗粒成功的沉积在SiC纳米线的表面。图3-4分别为在碳纤维布衬底上生长的Au纳米颗粒修饰SiC纳米结构的低倍和高分辨透射电镜(TEM和HRTEM)图，纳米线表面孤立的颗粒与高倍扫描电镜下的形貌吻合。Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm。其高分辨表征结果表明，所制备的SiC纳米线为单晶结构，表面修饰的材料为Au纳米颗粒。图5为所制备的SiC纳米线未经Au纳米颗粒表面修饰的TEM照片，表面所制备的SiC纳米线表面光洁。图6为Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极的X射线衍射图，表明制备材料的相成份为3C-SiC，具有较高的结晶性。没有出现Au的衍射峰，主要是Au的含量太低。图7为经过和未经Au纳米颗粒修饰的SiC纳米线场发射阴极，在室温下的场发射电流密度-电场强度的曲线图，阴阳极间距设定为700μm，其开启电场(E_to，定义为当电流密度达到10μA/cm²时对应的电场强度)分别为2.1和1.15V/μm，其开启电场降低近1倍，表明Au纳米颗粒修饰，能有效提高SiC纳米线的电子发射能力。

鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验及验证用数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近，而不超出本发明所要求的范围，故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以制备实施例1作为代表说明本发明申请优异之处。

制备实施例2

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于265℃保温32min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中1分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至80*10^-6Pa，再充入N₂:Ar＝4.5:95.5的混合气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以20℃/min的速率从室温快速升温至1490℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空下溅射15s，Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm，随后进行场发射性能的测试。

制备实施例3

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于268℃保温40min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中3分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至95*10^-6Pa，再充入N₂:Ar＝10:90的混合气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以40℃/min的速率从室温快速升温至1370℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空(10^-6Pa)下溅射15s，Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm，随后进行场发射性能的测试。

制备实施例4

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于250℃保温38min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中10分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至7*10^-6Pa，再充入N₂:Ar＝9:91的混合气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以23℃/min的速率从室温快速升温至1330℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空(10^-6Pa)下溅射15s，Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm，随后进行场发射性能的测试。

制备实施例5

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于270℃保温50min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中5分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至67*10^-6Pa，再充入N₂:Ar＝8:92的混合气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以25℃/min的速率从室温快速升温至1530℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空(10^-6Pa)下溅射15s，Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm，随后进行场发射性能的测试。

制备实施例6

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于253℃保温60min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中7分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至43*10^-6Pa，再充入N₂:Ar＝7.5:92.5的混合气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以36℃/min的速率从室温快速升温至1420℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空(10^-6Pa)下溅射15s，Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm，随后进行场发射性能的测试。

制备实施例7

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于259℃保温43min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中9分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至58*10^-6Pa，再充入N₂:Ar＝7:93的混合气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以34℃/min的速率从室温快速升温至1500℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空(2*10^{- 6}Pa)下溅射15s，Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm，随后进行场发射性能的测试。

制备实施例8

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于262℃保温56min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中8分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至74*10^-6Pa，再充入N₂:Ar＝6:94的混合气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以28℃/min的速率从室温快速升温至1550℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空(8*10^{- 6}Pa)下溅射15s，Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm，随后进行场发射性能的测试。

制备实施例9

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于266℃保温54min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中4分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至37*10^-6Pa，再充入N₂:Ar＝4:96的混合气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以21℃/min的速率从室温快速升温至1300℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空(3*10^{- 6}Pa)下溅射15s，Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm，随后进行场发射性能的测试。

制备实施例10

选取聚硅氮烷作为初始原料，在N₂气氛保护下于268℃保温44min进行热交联固化。将固化得到的SiCN固体装入尼龙树脂球磨罐中，球磨粉碎成粉末(粉末粒径0.3微米)。称取300mg的聚硅氮烷粉末置于氧化铝坩埚底部。裁取碳纤维布5×5cm(长×宽)，将其浸置在浓度为0.05mol/L的Co(NO₃)₂溶液中3分钟，吸附的Co(NO₃)₂作催化剂。将附有Co(NO₃)₂的碳纤维布置于氧化铝坩埚顶部，并放在石墨电阻加热的气氛烧结炉中。气氛炉先抽真空至54*10^-6Pa，再充入N₂:Ar＝3:97的混合气(纯度为99.99％)，直至压力为一个大气压(约0.11Mpa)，此后压力恒定。然后以35℃/min的速率从室温快速升温至1350℃，然后再以14℃/min的速率降温至1100℃，最后随炉冷却至室温，检测得纳米线直径(最大径)为0.4微米。将制备的SiC纳米线从气氛炉取出，之后，通过溅射设备，Au为靶材，室温高真空(5*10^{- 6}Pa)下溅射15s，Au纳米颗粒的直径(80％总数量直径)为5nm，随后进行场发射性能的测试。

与以上制备实施例相区别的，原料(原料还可以为聚硅氧烷)经粉碎后的粉末的粒径尺寸为0.4μm、0.7μm、0.9μm、1.3μm、1.4μm、1.7μm、1.9μm、2μm、2.3μm、2.4μm、2.7μm、2.9μm、3μm、3.3μm、3.4μm、3.7μm、3.9μm、4μm、4.3μm、4.4μm、4.7μm、4.9μm、5μm以及0.3-5μm范围内的其它任意值；Au纳米颗粒的尺寸还可以为2、3、4、1、6、7、8、9、10、1.5、2.5、3.5、4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、1.15、2.35、3.42、4.37、5.55、6.78、7.62、8.88、9.57以及1-10nm范围内的其它任意值；纳米线的直径还可以为0.07、0.09、0.12、0.16、0.23、0.28、0.32、0.36、0.45、0.48、0.52、0.54、0.63、0.66、0.73、0.74、0.85、0.88、0.91、0.99、1.0、0.1、0.2、0.3、0.05、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9以及0.05-1微米范围内的其它任意值)；基体预处理时，Co(NO₃)₂溶液的浓度还可以为0.01mol/L、0.03mol/L、0.06mol/L、0.08mol/L、0.1mol/L、0.11mol/L、0.15mol/L、0.2mol/L、0.22mol/L、0.26mol/L、0.3mol/L、0.33mol/L、0.4mol/L、0.48mol/L、0.5mol/L、0.55mol/L、0.58mol/L、0.6mol/L、0.63mol/L、0.69mol/L、0.7mol/L、0.71mol/L、0.75mol/L、0.77mol/L、0.8mol/L、0.82mol/L、0.84mol/L、0.87mol/L、0.9mol/L、0.91mol/L、0.94mol/L、0.96mol/L、0.98mol/L以及0.01-0.1mol/L范围内的其它任意值；热解后匀速降温生长纳米线时，生长温度还可以为1050℃、1070℃、1056℃、1063℃、1060℃、1074℃、1080℃、1088℃、1090℃、1095℃、1098℃、1110℃、1112℃、1120℃、1124℃、1130℃、1136℃、1140℃、1144℃、1148℃、1150℃以及1050-1150℃范围内的其它任意值；热解后匀速降温生长纳米线时，降温速度还可以为10℃、11℃、12℃、13℃、15℃、16℃、17℃、18℃、19℃、20℃、12.5℃、13.5℃、14.5℃、15.5℃、16.5℃、17.5℃、18.5℃、19.5℃、11.5℃、10.5℃以及10-20℃/min范围内的其它任意值。

本处实施例对本发明要求保护的技术范围中点值未穷尽之处以及在实施例技术方案中对单个或者多个技术特征的同等替换所形成的新的技术方案，同样都在本发明要求保护的范围内；同时本发明方案所有列举或者未列举的实施例中，在同一实施例中的各个参数仅仅表示其技术方案的一个实例(即一种可行性方案)，而各个参数之间并不存在严格的配合与限定关系，其中各参数在不违背公理以及本发明述求时可以相互替换，特别声明的除外。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。以上所述是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，包括基底以及分布于基底上的电极，其特征在于：所述电极中至少部分的材料为纳米线，所述纳米线包括柱状的本体和形成于本体端部的头部，其中头部包含元素钴，所述纳米线为在纳米线上形成有Au纳米颗粒的，所述Au纳米颗粒的尺寸为1-10nm；

所述纳米线的制备方法，包括如下步骤：

a、前置处理：前躯体预处理、基体预处理，前驱体预处理包括前驱体固化，有机前驱体固化后的原料经粉碎后的粉末的粒径尺寸为0.3-5μm；

b、纳米线制备：预处理后的前躯体和预处理后的基体共同置于烧结氛围下，在烧结氛围下，前躯体热解，再降温在预处理后的基体上生长纳米线，前躯体的热解为前躯体经匀速升温至热解温度充分热解，热解温度为1300-1450℃，升温速率20-40℃/min；热解后匀速降温生长纳米线时，生长温度1050-1150℃，降温速度为10-20℃/min；

c、纳米线修饰：在纳米线上形成Au纳米颗粒，Au纳米颗粒的尺寸为1-10nm。

2.根据权利要求1所述的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，其特征在于：所述纳米线的直径为0.05-1微米。

3.根据权利要求1所述的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，其特征在于：所述纳米线上Au纳米颗粒为在常温高真空条件下真空溅射得到的。

4.根据权利要求3所述的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，其特征在于：所述高真空条件为10^-4-10^-6Pa。

5.根据权利要求1所述的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，其特征在于：所述本体为包括以结晶形式存在的SiC晶体。

6.根据权利要求1所述的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，其特征在于：所述头部为含有碳元素和硅元素的钴合金。

7.根据权利要求1或6所述的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，其特征在于：所述头部为球形或者椭球形，头部的表面为光滑表面或者不光滑表面。

8.根据权利要求1或5所述的Au纳米颗粒修饰SiC纳米线场发射阴极，其特征在于：所述本体表面为光滑表面或者粗糙表面。