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场致电子发射阴极及其制备方法的研究
场致电子发射阴极及其制备方法的研究
近年来，由于低维度结构材料和纳米技术的快速发展，场致电子发射（FE）阴极成为了一种研究热点。FE阴极具有高密度电流输出、低亮度和前程度等优点，在微电子器件、真空射线装置、加速器和放电灯等领域有着广泛的应用。本文将对FE阴极及其制备方法进行综述和探讨。
一、场致电子发射阴极(FE阴极)简介
场致电子发射，指的是在外电场的作用下，导体表面的自由电子穿越势垒，从导体表面射出空间中的电子的现象。FE阴极是指由于特殊的结构和直径小于10纳米，从阴极表面射出的电子密度极高，产生强电流的阴极材料。FE阴极由金属、氧化物或碳纳米管等制成，并在细微结构上进行加工。
二、FE阴极的制备方法
目前，常用的FE阴极制备方法有金属电沉积、物理气相沉积法（PVD）、分子束外延法、氧化物烧结法、碳纳米管宏观阵列方法等。下面将对这些方法进行介绍。
1.金属电沉积法
金属电沉积法是利用化学方法在基底表面制备金属微腐蚀阴极的方法。该方法可以制备锑、铜、银、金、铂等FE阴极。但是，该方法的制备过程中酸碱度和膜厚等参数的控制都非常关键。
2.物理气相沉积法
物理气相沉积法是通过物理方法利用热蒸发、溅射或等离子体沉积等技术在基底表面沉积制备材料的方法。该方法可以制备纳米晶体或薄膜阴极材料。其优点是制备过程简单、控制性强而且原子间相互作用力大，但是其制备成本较高。
3.分子束外延法
分子束外延法是利用分子束束流控制表面扩散和反应的技术，制备多层单晶FE阴极膜。该方法优点是高度可控、纯度高、成膜均匀和晶体品质好，但是其制备成本相对较高。
4.氧化物烧结法
氧化物烧结法采用了氧化物粉末作为原料，经过热压或烧结等工艺制备出FE阴极。此法成本低、制备过程简单，而且烧结后制备出的FE阴极结构稳定、力学性能好。但是其并不易于进行微观结构调控，容易引起小颗粒的发射现象，限制了其应用。
5.碳纳米管宏观阵列方法
碳纳米管宏观阵列方法利用喷雾（浆液）、自组装、无模模板法、气相沉积、硅刻蚀等方法制备碳纳米管阵列阴极。该方法有良好的制备控制性和稳定性而且较容易实现微观结构的调控。而且所制备的碳纳米管阵列FE阴极，具有优异的电子发射性能和强大的耐久性，是一种理想的FE阴极制备方法。
三、结论和展望
在日益复杂和多样化的工业和科学技术中，FE阴极也将有着广泛的应用。不过，FE阴极的制备标准、工艺技术、人的因素和环境因素等问题依然存在，需要继续深入研究。而且必须进一步探讨其相关物理和化学机制，以便更加深入地解释其电子发射性质和性能。相信在科技交流和人才培养方面，我们将获得新的突破，为FE阴极制备提供更加精确的方法和工具。