[发明专利]一种金属钛修饰的三维碳阵列阴极结构及其制备方法

权利要求书

1.一种金属钛修饰的三维碳阵列阴极结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）三维碳阵列制备：将清洗干净的软木加工成长方体，干燥后将软木放入陶瓷舟内，然后将盛有软木的陶瓷舟置于真空度可控的管式炉中；先对管式炉抽真空，再向管式炉内通入高纯Ar气，然后开启加热电源，加热至设定温度后保温一定时间，随后使软木在Ar气保护下随炉冷却至室温，获得具有规则排列的三维碳阵列；

2）三维碳阵列表面离子刻蚀：将步骤1）得到的三维碳阵列固定在磁控溅射镀膜室的载具上，先对镀膜室抽真空，然后打开加热系统，升温至150~350℃，启动载具使其转动，再向镀膜室内通入Ar气，调整镀膜室内压强为2.6~3.3Pa，对三维碳阵列加400~700V负偏压，使三维碳阵列表面遭受Ar离子刻蚀；

3）在三维碳阵列上沉积金属钛层：保持步骤2）的工作温度和转速不变，调整镀膜室内压强为0.3~1 Pa，对三维碳阵列负偏压调整为0V，然后开启钛靶，在三维碳阵列上沉积金属钛层；

4）金属钛/三维碳阵列真空退火：调低镀膜室内真空度至设定值，将镀膜室内温度升温至500~700℃，使金属钛/三维碳阵列真空退火，得到金属钛修饰的三维碳阵列阴极结构。

2.根据权利要求1所述的一种金属钛修饰的三维碳阵列阴极结构的制备方法，所述步骤1）中，将清洗干净的软木加工成20mm x 20mm x 5mm的长方体。

3.根据权利要求1所述的一种金属钛修饰的三维碳阵列阴极结构的制备方法，所述步骤1）中，将长方体的软木在60~90℃下干燥4~6小时后，放入陶瓷舟内，然后将盛有软木的陶瓷舟置于真空度可控的管式炉中；先对管式炉抽真空至0.1pa以下，再向管式炉内通入流量为200~350 mL/min的高纯Ar气，然后开启加热电源，使加热速率控制在1℃/min以下，加热至900~1100℃后保温2个小时，随后使软木在Ar气保护下随炉冷却至室温，获得具有规则排列的三维碳阵列。

4.根据权利要求1所述的一种金属钛修饰的三维碳阵列阴极结构的制备方法，所述步骤2）中，将三维碳阵列固定在磁控溅射镀膜室的载具上后，先开启机械泵和分子泵对镀膜室抽真空至低于10^-4 Pa，然后打开加热系统，升温至150~350℃，启动载具使其以2~8 r/min转速转动，再向镀膜室内通入Ar气35~50 SCCM，调整镀膜室内压强为2.6~3.3Pa，对三维碳阵列加400~700V负偏压，使三维碳阵列表面遭受Ar离子刻蚀2~15 min。

5.根据权利要求1所述的一种金属钛修饰的三维碳阵列阴极结构的制备方法，所述步骤3）中，开启钛靶，靶材功率为40~100W，在三维碳阵列上沉积金属钛层0.5~10 min，形成厚度3~60 nm的金属钛层，随后关掉钛靶和Ar气阀。

6.根据权利要求1所述的一种金属钛修饰的三维碳阵列阴极结构的制备方法，所述步骤4）中，调低镀膜室内真空度至低于10^-3Pa，将镀膜室内温度升温至500~700℃，使金属钛/三维碳阵列真空退火30~90 min，得到金属钛修饰的三维碳阵列阴极结构。