電子化合物C12A7:e^-因其具備較低的功函數(shù)以及在室溫下良好的穩(wěn)定性而在陰極材料的選擇中具有巨大潛力。采用鋁熱法固相合成C12A7:e^-具有制備方法簡單、產(chǎn)物純度高的特點(diǎn)。通過X射線衍射儀、掃描電鏡、紫外-可見-近紅外光譜儀和超高真空測試平臺分別對其物相組成、微觀形貌、漫反射吸收特性和熱發(fā)射性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明,不同鋁粉含量的摻入對C12A7:e^-的合成以及熱發(fā)射性能有較大影響。在1 150℃的燒結(jié)溫度下5%的鋁粉含量的摻入就可以直接一步合成C12A7:e^-;鋁粉含量為10%的樣品在溫度為1 250℃、電場強(qiáng)度為9 100 V/cm時熱發(fā)射電流密度為0.23 A/cm²,其電子濃度為1.45×10²¹ cm^-3,功函數(shù)為2.17 eV。 

【文章來源】：電子器件. 2020,43(04)北大核心

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

不同鋁粉含量粉末樣品的XRD譜

實(shí)驗(yàn)中鋁粉含量為5%的粉末樣品在不同溫度(T=1 050 ℃、1 150 ℃、1 250 ℃)下燒結(jié)后的XRD譜如圖2所示,從圖2可以看出當(dāng)溫度為1 050 ℃時粉末樣品呈灰色且存在CaAl2O4和CaO雜相峰,此外從圖中還可以看出在1 150 ℃下就可以形成C12A7化合物,粉末樣品呈黑色。因此,通過對比不同鋁粉含量樣品的XRD譜以及不同燒結(jié)溫度下樣品的XRD譜可以得出結(jié)論:鋁粉的摻入可能對C12A7:e-的形成起到了關(guān)鍵作用,并且在1 150 ℃下5%的鋁粉含量的摻入就可以直接一步合成C12A7化合物。不同反應(yīng)條件下粉末樣品表面的微觀形貌通過掃描電子顯微鏡獲得,圖3(a)～圖3(c)為1 250 ℃下不同鋁粉含量樣品的SEM圖,圖3(d)～圖3(f)為鋁粉含量為10%時不同溫度下的SEM圖。從圖3(a)中可以看出當(dāng)鋁粉含量為0%時晶粒尺寸約為2 μm～4 μm,由于此時的產(chǎn)物是Ca3Al2O6、Ca5Al6O14和CaAl2O4的混合物,所以從圖中可以看到樣品晶粒之間較為分散且沒有出現(xiàn)明顯的連接現(xiàn)象。從圖3(b)、圖3(c)中可以觀察到隨著鋁粉含量的增加,C12A7化合物開始形成,樣品粉末表面呈現(xiàn)出具有孔洞的多層結(jié)構(gòu),晶粒尺寸約為3 μm～10 μm,可以看到晶粒的邊緣由于燒結(jié)的作用出現(xiàn)明顯的連接現(xiàn)象,而且隨著鋁粉含量的增加晶粒尺寸也有所增加。從圖3(d)中可以看出當(dāng)燒結(jié)溫度為1 050 ℃時,晶粒之間開始出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象,晶粒尺寸約為1 μm～2 μm,從圖3(e)、3(f)中可以看出,隨著燒結(jié)溫度的升高晶粒尺寸逐漸增大(3 μm～6 μm)且晶粒的邊緣也逐漸變得清晰銳利。綜上所述,在C12A7:e-粉末合成的過程中燒結(jié)溫度和鋁粉的含量都對晶粒的尺寸和形貌產(chǎn)生了重要影響。

不同反應(yīng)條件下粉末樣品表面的微觀形貌通過掃描電子顯微鏡獲得,圖3(a)～圖3(c)為1 250 ℃下不同鋁粉含量樣品的SEM圖,圖3(d)～圖3(f)為鋁粉含量為10%時不同溫度下的SEM圖。從圖3(a)中可以看出當(dāng)鋁粉含量為0%時晶粒尺寸約為2 μm～4 μm,由于此時的產(chǎn)物是Ca3Al2O6、Ca5Al6O14和CaAl2O4的混合物,所以從圖中可以看到樣品晶粒之間較為分散且沒有出現(xiàn)明顯的連接現(xiàn)象。從圖3(b)、圖3(c)中可以觀察到隨著鋁粉含量的增加,C12A7化合物開始形成,樣品粉末表面呈現(xiàn)出具有孔洞的多層結(jié)構(gòu),晶粒尺寸約為3 μm～10 μm,可以看到晶粒的邊緣由于燒結(jié)的作用出現(xiàn)明顯的連接現(xiàn)象,而且隨著鋁粉含量的增加晶粒尺寸也有所增加。從圖3(d)中可以看出當(dāng)燒結(jié)溫度為1 050 ℃時,晶粒之間開始出現(xiàn)團(tuán)聚現(xiàn)象,晶粒尺寸約為1 μm～2 μm,從圖3(e)、3(f)中可以看出,隨著燒結(jié)溫度的升高晶粒尺寸逐漸增大(3 μm～6 μm)且晶粒的邊緣也逐漸變得清晰銳利。綜上所述,在C12A7:e-粉末合成的過程中燒結(jié)溫度和鋁粉的含量都對晶粒的尺寸和形貌產(chǎn)生了重要影響。2.2 電子濃度分析

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]七鋁酸十二鈣電子化合物單晶的電輸運(yùn)及電子發(fā)射性能[J]. 趙吉平,張忻,劉洪亮,肖怡新,江浩,張久興.  硅酸鹽學(xué)報(bào). 2019(01)
[2][Ca24Al28O64]4+:4e-電子化合物的制備及其電輸運(yùn)特性[J]. 馮琦,張忻,劉洪亮,趙吉平,江浩,肖怡新,李凡,張久興.  物理學(xué)報(bào). 2018(04)



本文編號：3020963