[发明专利]一种增强ZnSe/GO复合材料的场发射性能的制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种增强ZnSe/GO复合材料的场发射性能的制备方法和其在场发射阴极材料中的应用。所述制备方法为：将含有锌源和硒源的混合溶液倒入装有氧化石墨烯片的聚四氟乙烯做内衬的高压反应釜中，然后进行密闭，放入反应炉里进行加热反应，得到ZnSe/GO毛刺球结构纳米材料；所述含有锌源和硒源的混合溶液的制备方法为：将Zn(CH₃COO)₂·2H₂O溶解于去离子水中，再加入硒粉、乙二胺四乙酸，将所得溶液混合均匀；然后加入氢氧化钠，搅拌均匀，得到含有锌源和硒源的混合溶液。本发明合成的ZnSe/GO毛刺球结构纳米材料具备优异的场发射性能，能作为场发射阴极材料。

技术领域

本发明涉及一种高效的纳米材料的制备方法和应用，属于材料科学技术领域。

背景技术

场发射的原理：场致电子发射也称场发射，是指通过热激发或光电的方法将电子从材料中发射到真空中的过程。大量电子都会在固体材料中被发现，但这些电子在正常条件下是不会从物体表面逸出，只有当这些电子获得充足的能量并能够完全克服物体表面势垒时，电子才会被发射出来。到目前为止有四种电子发射形式，分别为热电子发射、光电子发射、次级电子发射和场致电子发射。热电子发射是通过吸收热能来逸出表面势垒的现象；光电子发射是通过吸收光子能量，从而逸出物体表面的现象；次级电子发射是通过被具有一定能量的粒子轰击而逸出物体表面的现象。与前面三种电子发射形式不同的是，场致电子发射是通过向其施加外部强电场来降低材料的表面势垒，使阴极材料内的大量电子能够跨过降低的势垒的过程，这是由于隧道效应产生的。这种方式最大的特点就是在场发射过程中不需要给电子提供额外的能量，故被称为“冷阴极发射”。

石墨烯作为第一种稳定存在的二维晶体，自2004年人们从实验上发现石墨烯以来，石墨烯基纳米材料在固体物理学、材料科学以及纳米电子学等学科领域引起了人们极大的兴趣。石墨烯是由单层碳原子排列组合而成，呈六边形网状结构，只有一个碳原子的厚度，是已知的世界上最薄的二维材料。它的重要应用之一就是作为场发射阴极。石墨烯具有独特的电学性质、良好的稳定性、高的长径比、大的比表面积和尖锐的边缘，使其成为良好的场发射材料。可以预见石墨烯作为一种优异的冷阴极场发射材料，将在未来场致发射的发展中有良好的运用前景。而石墨烯复合材料则能通过对石墨烯的改变从而提高其场发射的性能。基于上述因素，对石墨烯复合材料冷阴极材料的研究具有很强的科学探索性和广阔的应用背景。

硒化锌(ZnSe)是一种由锌和硒组成的淡黄色固体化合物。它有两种晶体结构：立方(锌铀矿)和六角形(纤锌矿)。ZnSe是II-VI半导体的重要发光材料。它不溶于水，但与酸反应形成有毒的硒化氢气体，可以通过化学气相沉积技术(包括MOVPE和真空蒸发)沉积成薄膜。在室温下，其直接带隙为2.67eV，激子结合能为21MeV。ZnSe具有透光范围宽(0.5-22.0μm)、发光效率高、吸收系数低的特点，是一种潜在的蓝光和绿光发光二极管材料。在物理、光化学、生物标志物、光催化、传感器、光子学、光电子学、材料科学等领域逐渐显示出广阔的应用前景。ZnSe还广泛应用于光致发光和电致发光器件、太阳能电池、激光技术、红外探测器和热成像技术。

发明内容

本发明所要解决的问题是：提供一种ZnSe/GO毛刺球结构纳米材料的制备方法和用途，该材料可以作为场发射阴极材料，具备优异的场发射性能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种增强ZnSe/GO复合材料的场发射性能的制备方法，其特征在于，将含有锌源和硒源的混合溶液倒入装有氧化石墨烯(GO)片的聚四氟乙烯做内衬的高压反应釜中，然后进行密闭，放入反应炉里进行加热反应，得到ZnSe/GO毛刺球结构纳米材料；所述含有锌源和硒源的混合溶液的制备方法为：将Zn(CH₃COO)₂·2H₂O溶解于去离子水中，再加入硒粉、乙二胺四乙酸，将所得溶液混合均匀；然后加入氢氧化钠，搅拌均匀，得到含有锌源和硒源的混合溶液。