【摘 要】
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场发射冷阴极作为一种新型电子发射源在诸如X 射线管、灯源、平板显示等各个领域都有广阔的应用前景，且大多数场发射阴极都是在碳材料的基础上予以加工设计的。碳材料相对于其他材料而言有制备简单、无污染、发射压强范围大等特点。碳材料品种繁多，且主要是以sp1、sp2、sp3 三种杂化键交错键合而成，所以其相互之间发生转化或复合的可能性很大。鉴于不同碳膜的发射性能各异，且单一碳材料的发射性能还不能完全满足现在
【机 构】
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中南大学材料科学与工程学院,湖南长沙,410083;中南大学粉末冶金国家重点实验室,湖南长沙,410083
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场发射冷阴极作为一种新型电子发射源在诸如X 射线管、灯源、平板显示等各个领域都有广阔的应用前景，且大多数场发射阴极都是在碳材料的基础上予以加工设计的。碳材料相对于其他材料而言有制备简单、无污染、发射压强范围大等特点。碳材料品种繁多，且主要是以sp1、sp2、sp3 三种杂化键交错键合而成，所以其相互之间发生转化或复合的可能性很大。鉴于不同碳膜的发射性能各异，且单一碳材料的发射性能还不能完全满足现在工业化应用的现实情况，本文以金刚石薄膜为基础，对复合碳素膜的制备工艺及性能进行重点研究，以期进一步改善传统碳材料的场发射性能。本文的复合碳膜制备主要基于热催化刻蚀与热催化生长两种工艺。首先采用热催化刻蚀工艺制备了金刚石/微晶石墨复合膜。在刻蚀过程中，随着温度的升高，薄膜的表形貌及成份发生了明显的改变，原来平整光滑的表面被很多长径比不一的突起及泡沫多孔状结构所替代，薄膜中的金刚石含量逐渐减少，石墨含量逐渐增加。结果 表明，经催化刻蚀处理后，薄膜中增加的微晶石墨相能有效提高其电子传输效率，使复合膜的场发射性能优于单一金刚石膜。此外，石墨相的形成在一定程度上会引起场发射电流的小幅波动，石墨相越多电流衰减越明显。然后，采用热催化生长工艺制备了金刚石/碳纳米管复合膜。在生长过程中，随着甲烷浓度的逐渐升高，原本刻面清晰的金刚石颗粒表面逐渐被直径约20 nm 的管状催化生长产物所覆盖。在Raman 图谱中，复合膜表面的多个碳纳米管特征峰取代了原来的金刚石特征峰。结果 表明，高碳源浓度热催化生长复合膜的场发射性能明显优于低浓度样品，且前者在大电流发射时仍能保持良好的发射电流稳定性。
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