引言

  纳米管、纳米线和纳米棒阵列被认为是理想的场发射材料，由于其纳米尺寸和大长径比。

  近年纳米碳管，GaN，ZnO成为研究热点，但因长时间发射稳定性因素限制了其应用。

  因氮化铝具有高热导，低热膨胀系数(接近硅），优异的力学强度和化学稳定性，

  低电子亲和势而有望成为优良场发射材料。

  虽然已有氮化铝纳米结构研究，但关于氮化铝纳米棒阵列及其场发射性能较少。

实验

金针菇状单晶氮化铝纳米棒阵列制备过程：

     块体纯铝用作原料和阳极，并放在可移动钨阴极尖端

     反应气体：N₂

     电弧放电时间：30－60 min

金针菇状单晶氮化铝纳米棒阵列场发射测试：

     阴极和阳极之间距离50微米

     真空度：5.0×10^-7 torr

     电流精度：10^-11A

结果与讨论

纳米棒阵列SEM照片(a) 俯视 (b) 高放大倍数 (c) 纳米棒高分辨TEM照片和相应的ED样式和图(b)的EDS谱图

氮化铝纳米棒阵列的XRD谱图

氮化铝氮化铝纳米棒阵列场发射电流J和施加电场E及ln(J/E²)和1/E之间函数关系

氮化铝氮化铝纳米棒阵列4×10^-7Pa和19.2V/um电场下场发射电流的稳定性

结论

单晶氮化铝氮化铝纳米棒阵列在氮气条件下电弧放电制备出来。

纳米棒直径50-200nm，长度数微米，具有[001]方向，单位面积密度10⁷-10⁸个/cm²

纳米棒阵列10A/cm²电流密度时开启电场8.8V/m，10mA/cm²场发射电流波动每小时小于2%。

通过场发射材料化学稳定性和球－棒几何结构进一步提高场发射稳定性，这个思路可扩展
   到其它场发射材料。氮化铝纳米棒阵列是理想的场发射材料。

更多信息，可参考：Applied Physics Letters, 86 153104, 2005