氧负离子存储-发射材料发射性能的改善

论文摘要

氧负离子是作为一种单价电荷负离子,在大气环境学、质谱学、材料表面改性、有机合成和生物化学技术等方面有着非常重要的价值和广泛的应用。本文通过掺杂、浸渍等方法,成功地改善了氧负离子存储-发射材料12CaO·7Al2O3（C12A7–O-）的发射特性;我们详细探讨了该材料负离子的存储发射特性,同时,还研究了该材料在掺杂或浸渍后的结构稳定性以及存储特性;对C12A7–O-材料的负离子存储-发射机理进行了分析。主要的研究结果如下:1)首先,我们对掺杂有氧化铯（Cs2O）的12CaO·7Al2O3（C12A7）负离子存储发射材料进行了研究;探讨了其发射特性,离子发射分支比以及温度对发射强度的影响等方面,同时还对该材料的X射线衍射和电子顺磁共振等表征结果进行了分析。将实验和表征结果与未掺杂的C12A7进行对比后发现,C12A7中Cs2O的掺入不仅降低了发射温度,同时还增强了发射强度。掺杂Cs2O后,在800V/cm的引出场下,发射温度由570℃降低至500℃,与此同时,在800V/cm的引出场和700℃时,发射强度由0.23μA/cm2增强到0.54μA/cm2,低温区（<550℃）氧负离子O-的发射纯度接近100%。2)为了进一步改善C12A7的发射特性,我们利用潮湿浸渍法将碘化铯（CsI）掺杂至12CaO·7Al2O3（C12A7）型负离子存储发射材料的表面并对其的结构与存储特性进行了场发射扫描电镜、透射电子显微镜、X射线衍射以及电子顺磁共振的表征;与此同时还对该材料的发射特性、离子发射分支比以及温度对发射强度的影响等方面进行了研究和分析。场发射扫描电镜以及透射电子显微镜的结果均证实CsI沉积在了C12A7的表面; X射线衍射证明C12A7的结构并没有被破坏;电子顺磁共振谱说明了浸渍后C12A7中的O-和O2–浓度也无明显变化。将实验和表征结果与未掺杂的C12A7进行对比后发现,C12A7表面上CsI的掺入很大程度上改善了该材料的发射特性。掺杂CsI后,在800V/cm的引出场下,发射温度由570℃降低至470℃,与此同时,在同样的发射条件下,其发射强度也明显增强。低温区（<500℃）氧负离子O-的发射纯度接近100%。以上结果表明,上述两种方法不但没有破坏C12A7的结构和存储特性,而且在不同程度上都起到了改善该材料负离子发射特性的作用。本文的成果对于拓宽C12A7负离子发射材料的应用有着积极的作用,同时也为进一步提高该材料的应用价值提供了可能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论（研究背景和文献综述）
• 1.1 负离子的重要性和传统产生方法
• 1.1.1 负离子的重要性
• 1.1.2 负离子的传统产生和检测方法
• 1.2 负离子发射材料简介
• 2O₃－stablilized ZrO₂）材料'>1.2.1 YSZ（Y₂O₃－stablilized ZrO₂）材料
• 2O₃）材料'>1.2.2 C12A7（12CaO·7Al₂O₃）材料
• 1.3 本文的新进展
• 参考文献
• 2O 的 C12A7 材料的制备与发射特性'>第二章 掺杂 Cs₂O 的 C12A7 材料的制备与发射特性
• 2.1 引言
• 2.2 实验材料和实验方法
• 2.2.1 实验材料及装置
• 2.2.2 发射特性
• 2O-doped C12A7 的制备'>2.3 Cs₂O-doped C12A7 的制备
• 2.3.1 溶胶-凝胶自蔓延燃烧（SGCS）法制备C12A7
• 2O 的C12A7'>2.3.2 SGCS 法制备掺杂有Cs₂O 的C12A7
• 2O-doped C12A7 的结构与储存特性的研究'>2.4 Cs₂O-doped C12A7 的结构与储存特性的研究
• 2.4.1 实验条件介绍
• 2O-doped C12A7 样品的表征结果'>2.4.2 Cs₂O-doped C12A7 样品的表征结果
• 2O-doped C12A7 材料发射特性的研究'>2.5 Cs₂O-doped C12A7 材料发射特性的研究
• 2O-doped C12A7 材料的TOF-MS 测试'>2.5.1 Cs₂O-doped C12A7 材料的TOF-MS 测试
• 2.5.2 发射电流强度与温度的关系
• 2.6 小结
• 参考文献
• 第三章 浸渍 CsI 的 C12A7 材料的制备与发射特性
• 3.1 引言
• 3.2 样品制备
• 3.3 样品表征条件
• 3.4 样品表征结果
• 3.4.1 XRD 表征结果
• 3.4.2 EPR 表征结果
• 3.4.3 SEM 表征结果
• 3.4.4 TEM 和EDS 表征结果
• 3.5 样品发射特性的研究
• 3.5.1 TOF-MS 检测结果
• 3.5.2 样品发射电流以及发射分支比与温度的关系
• 3.5.3 负离子发射的场效应
• 3.6 小结
• 参考文献
• 总结与展望
• 一、结论
• 二、未来的工作展望
• 攻读博士学位期间发表学术论文目录
• 致谢