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专利号: 2017108512478
申请人: 西安石油大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2026-03-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控结构,其特征在于,包括硅基底,垂直排列生长在硅基底上的ZnO纳米阵列,包覆在ZnO纳米阵列顶端的表面发射层,表面发射层两侧设置的金电极,表面发射层上方设置的外加电极;

所述的表面发射层由结构呈一体设置的氧化石墨烯区块和石墨烯区块组成;所述的氧化石墨烯区块在横向和/或纵向均间隔设置,剩余区域均由石墨烯区块填充;氧化石墨烯区块与不同厚度和不同还原程度的石墨烯区块相间形成微型发射区域;

所述金电极上连接内驱电压,所述外加电极上连接外加电压,硅基底连接地线。

2.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控结构,其特征在于,所述的表面发射层上的氧化石墨烯区块和石墨烯区块呈棋盘状设置;相邻形成十字形的五个石墨烯区块中,中间的石墨烯区块厚度最小。

3.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控结构,其特征在于,所述的表面发射层的两两相邻石墨烯区块之间厚度差最小为0.34nm,氧化石墨烯区块的厚度相同,表面发射层厚度为0.8-30nm。

4.根据权利要求1所述的一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控结构,其特征在于,内驱电压的电压大小小于5V;外加电压的电压大小不高于300V。

5.一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控方法,其特征在于,包括如下步骤,步骤一,制备氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构;

步骤1,将氧化石墨烯包覆在硅基底上生长的ZnO纳米阵列顶端;

步骤1.1,在硅基底上生长ZnO纳米阵列结构;

步骤1.2,在ZnO阵列上包覆PMMA,使得ZnO阵列全部位于PMMA中;

步骤1.3,等离子刻蚀ZnO阵列顶端的PMMA部分,形成PMMA-ZnO结构;

步骤1.4,在PMMA-ZnO结构表面包覆氧化石墨烯片形成GO-PMMA-ZnO结构;

步骤2,在GO-PMMA-ZnO结构表面制备微型图案化区域,即形成GO/G-ZnO结构;

步骤2.1,在GO-PMMA-ZnO结构上第一次横向溅射第一条状Zn薄膜对该区域的氧化石墨烯进行还原得到第一条状石墨烯;

步骤2.2,采用HCl刻蚀第一条状Zn薄膜并减薄该区域的石墨烯;

步骤2.3,第二次纵向溅射第二条状Zn薄膜对该区域的氧化石墨烯进行还原得到第二条状石墨烯;

步骤2.4,继续用HCl刻蚀第二条状Zn薄膜并减薄该区域的石墨烯;

步骤2.5,多次重复进行上述步骤2.2和2.3,再横向与纵向交替过程中形成GO/G-PMMA-ZnO结构;

步骤2.6,移除PMMA形成GO/G-ZnO微结构;

步骤二,在GO/G-ZnO微结构上引入驱动电场;

在GO/G-ZnO结构中,利用磁控溅射在GO/G层的两端制备添加Au电极,在Au电极上引入内驱电压;在GO/G-ZnO结构上部设置平行于硅基底的外加电极,在外加电极上引入外加电压;将硅基底接地;

步骤三,通过调节内驱电压,同时调节外加电压对基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射进行调控的目的。

6.根据权利要求5所述的一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控方法,其特征在于,步骤1.4中,将GO粉末超声均匀分散在水溶液中并做离心处理,得到均匀分散的氧化石墨烯溶液,通过对氧化石墨烯溶液电泳沉积将GO片均匀包覆在PMMA-ZnO纳米阵列顶端形成GO-PMMA-ZnO结构。

7.根据权利要求5所述的一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控方法,其特征在于,溅射条状Zn薄膜时,通过掩膜光刻技术,在GO-PMMA-ZnO结构顶端的GO层上采用磁控溅射制备厚度小于20nm,宽度不大于300nm的条状Zn薄膜。

8.根据权利要求5所述的一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控方法,其特征在于,使用摩尔浓度为0.05-01M的HCl溶液刻蚀处理Zn薄膜形成条状石墨烯区域。

9.根据权利要求5所述的一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控方法,其特征在于,步骤2.5中,多次重复进行上述步骤2.2和2.3,再横向与纵向交替过程中,在GO-PMMA-ZnO结构顶端的GO层表面将形成由各种不同层数和不同还原程度的GO与石墨烯相间组成的微型发射区域,得到GO/G-PMMA-ZnO结构,移除PMMA形成GO/G-ZnO结构。

10.根据权利要求5所述的一种基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控方法,其特征在于,步骤三中,具体的通过调节内驱电压,使得微型发射区表面有更多的电子做垂直发射,同时调节外加电压使得基底和ZnO纳米阵列底部的电子有效地输运到ZnO纳米阵列的顶部并转移到表面微型区域,从而实现对基于氧化石墨烯/石墨烯-ZnO微结构的场发射调控。