纳米材料在电极表面的超声焊接及场发射性能研究

摘要

本文结合了纳米材料在场发射阴极中的应用，利用超声纳米焊接将金刚石颗粒大范围的分别焊接于硅和铝表面，测试结果表明作为阴极的被焊接样品能够表现出优异的场发射特性。此外，超声纳米焊接极小的振幅使金刚石颗粒可以在基底上形成原位焊接。金刚石与硅之间的有效焊接，也是首次从实验方面验证了超声焊接可以满足脆性材料之间的焊接需求。
　　首先，将金刚石颗粒粉碎为粒径100 nm以下的纳米粉末，并利用分段离心的方法对粒径分布进行控制。分别采用自然沉降法和电泳沉积法将不同粒径的金刚石颗粒分布在基底表面，满足了超声纳米焊接对材料表面平整性的需求。
　　超声纳米压焊极小的振幅保证了超声力不会超过硅所能承受的剪切应力，使硅表面可以发生超声软化进而使焊接形成。焊接界面的分析结果则证明了硅与金刚石颗粒之间的连接不仅仅是机械嵌合，还包括原子之间的键合。
　　对不同粒径的金刚石粒子在硅和铝上的焊接样品进行场发射性能测试，获得了较低的开启电压和稳定的发射电流，表明超声纳米焊接使金刚石粒子与基底之间确实形成了稳定的电学连接。
　　最后本文还分别对碳纤维以及镍纳米线在铝基底上的超声纳米焊接进行了初步的研究，两者均得到了较好的焊接形貌。
　　研究结果表明超声纳米焊接可以在纳米材料与基底之间形成稳固的连接，展现其在微纳米焊接领域中的巨大的应用潜力。

目录

封面

声明

答辩决议书

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1微焊接和纳米焊接技术

1.2冷阴极场发射

1.3本文的研究意义及主要应用

第二章 金刚石颗粒的纳米粉碎与分布工艺

2.1引言

2.2阴极发射材料的选择

2.3激光粉碎制备金刚石纳米颗粒

2.4金刚石颗粒在基底上的分布工艺

2.5小结

第三章 金刚石与硅及金属的超声纳米压焊

3.1引言

3.2超声纳米压焊设备及工作原理

3.3金刚石颗粒在硅及金属基底上的超声纳米压焊

3.4金刚石纳米颗粒在铝片上的超声纳米压焊

3.5小结

第四章 金刚石发射体的场发射特性测试

4.1引言

4.2场发射阴极的电子输运特性

4.3 超声焊接对金刚石场发射性能的改善

4.4小结

第五章 碳纤维及镍纳米线与铝的超声纳米焊接

5.1引言

5.2碳纤维在铝片表面的超声纳米压焊

5.3镍纳米线在铝片表面的超声纳米点焊

5.4小结

第六章 总结与展望

6.1主要工作与创新点

6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文