[发明专利]一种柔性ZnO@TiN核壳结构阵列阴极及其制备方法

权利要求书

1.一种柔性ZnO@TiN核壳结构阵列阴极，其特征在于，包括碳布，所述碳布两侧面均涂覆有ZnO种子层，两侧面的ZnO种子层上均设有ZnO纳米棒阵列，其中一侧面的ZnO纳米棒阵列上沉积有TiN，以形成核壳结构阵列。

2.根据权利要求1所述的一种柔性ZnO@TiN核壳结构阵列阴极，其特征在于，应用于真空场发射电子源器件。

3.根据权利要求1或2所述的一种柔性ZnO@TiN核壳结构阵列阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）采用溶胶凝胶法在碳布两侧面上制备ZnO种子层；

（2）采用液相法在两侧面的ZnO种子层上制备ZnO纳米棒阵列；

（3）采用磁控溅射法在一侧面的ZnO纳米棒阵列上沉积TiN，从而制备得到ZnO@TiN核壳结构阵列阴极。

4.根据权利要求3所述的一种柔性ZnO@TiN核壳结构阵列阴极的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）包括以下步骤：

（101）将1.4~2.8 g的Zn(CH₃COOH)₂溶于35~80 mL无水乙醇中，室温搅拌20~40 min，再缓慢滴入0.8~1.5 mL乙醇胺；将所得溶液放入干燥箱中，在50~80 ℃下陈化6~14 h形成溶胶；

（102）将碳布浸在所述溶胶中8~20 s后取出，将浸涂后的碳布放入70~90℃的干燥箱中热处理10~20 min；

（103）重复步骤（102）若干次后，将涂有凝胶的碳布放入马弗炉中退火至400~480 ℃，保温40~70 min，从而在碳布两侧面上制备得到ZnO种子层。

5.根据权利要求3所述的一种柔性ZnO@TiN核壳结构阵列阴极的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）包括以下步骤：

（201）将0.8~1.8 g的Zn(CH₃COOH)₂加入到30~60 ml的去离子水中，充分搅拌形成Zn(CH₃COOH)₂溶液，将3.2~5.3 g的NaOH加入到25~50 mL的去离子水中，充分搅拌形成NaOH溶液，将两种溶液混合形成混合溶液，并放入反应釜中；

（202）将步骤（1）得到的涂覆有ZnO种子层的碳布垂直插入到装有所述混合溶液的反应釜中，在80~100 ℃下水热反应4~12 h后，将碳布取出并用去离子水反复冲洗直至pH为7；

（203）在50~70 ℃恒温箱体中干燥8~12 h，从而在两侧面的ZnO种子层上制备得到ZnO纳米棒阵列。

6.根据权利要求3所述的一种柔性ZnO@TiN核壳结构阵列阴极的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）包括以下步骤：

（301）将步骤（2）制备得到的样品固定在镀膜室的载具上，靶材至基片的距离为7~10cm；

（302）开启机械泵和分子泵抽真空，使腔体本底真空度低于3×10^-4 Pa，打开加热系统，升温至300~400°C，开启载具使其以2~8 r/min转速转动，同时向腔体室内通入Ar气，控制流量为28~40 SCCM，调整真空室压强为0.3~0.6 Pa，对样品施加30~90 V负偏压，开启钛靶电源，将功率调整为60~150 W，对靶材进行辉光放电清洗10~20 min；

（303）向腔体室内通入N₂气，控制流量为1~6 SCCM，待工作稳定后打开样品挡板，在一侧面的ZnO纳米棒阵列上沉积TiN 30~300 s，从而制备得到ZnO@TiN核壳结构阵列阴极。