利用水熱法在Cu 片上制備Cu( OH)2納米線陣列，將單壁碳納米管( SWCNTs) 涂覆在其表面并進行低溫?zé)崽幚恚�獲得一維CuO/CNTs 復(fù)合納米結(jié)構(gòu)體系。利用場發(fā)射掃描電子顯微鏡和X 射線衍射儀對復(fù)合材料的表面形貌和結(jié)構(gòu)進行表征，并對其進行場發(fā)射測試。結(jié)果表明，SWCNTs 薄膜呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)互相交聯(lián)，均勻覆蓋整個納米CuO 薄膜約一半的面積；CuO/CNTs 復(fù)合結(jié)構(gòu)具有低的開啟場強( 0.8 V/μm) 、高的場增強因子和穩(wěn)定的發(fā)射電流，該復(fù)合結(jié)構(gòu)在場發(fā)射應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出較好的前景。

　　碳納米管(CNTs) 被認(rèn)為是一種理想的場發(fā)射陰極材料，具有納米級的尖端、良好的導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性、開啟電場低和發(fā)射電流密度高等優(yōu)點。目前，利用CNTs 制作場發(fā)射陰極結(jié)構(gòu)仍面臨許多棘手的問題，限制了其在場發(fā)射領(lǐng)域的應(yīng)用。比如，尚無有效的途徑對CNTs 發(fā)射尖端的分布密度進行良好控制，高密度CNTs 陣列出現(xiàn)明顯的靜電屏蔽現(xiàn)象，而低密度分布時發(fā)射電流太小；仍難以控制CNTs陣列的尖端使之均勻指向陽極，對于具有適度分布的CNTs 來說尤甚； 在真空條件下，由于存在少量的氧氣、水蒸汽等氧化性氣體，氣體分子頻繁地吸附和脫附會大大影響CNTs 的逸出功，并且CNTs 很容易被氧化，導(dǎo)致CNTs 頂端被破壞。

　　一維納米氧化物如SnO2、Fe2O3、CuO 等，由于具有良好的物理特性、機械性能、高的穩(wěn)定性和場增強效應(yīng)，且不與氧化性氣體產(chǎn)生反應(yīng)，被廣泛應(yīng)用于制備場發(fā)射器件陰極結(jié)構(gòu)。其中，CuO 是一種窄帶隙半導(dǎo)體材料( 約為1.2 eV) ，其一維納米結(jié)構(gòu)具有較低的功函數(shù)，如Zhu 等對熱氧化法制備的CuO 納米線的功函數(shù)測試表明，其功函數(shù)約為體材料的一半，即2. 5 ～ 2. 8 eV。盡管如此，作為半導(dǎo)體材料，CuO 的電子傳輸能力較差，場發(fā)射電流一般較小。鑒于此，我們利用CNT 良好的導(dǎo)電性，將CuO納米線與單壁CNTs( SWCNTs) 結(jié)合制備一種新的CuO/CNTs 納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。實驗表明，相比于CuO納米線或SWCNTs 薄膜，該復(fù)合材料的場發(fā)射性能明顯提高。本實驗采用濕化學(xué)法制備CuO/CNTs 納米復(fù)合材料，具有制備溫度低，工藝簡單，成本低廉等優(yōu)點。

　　1、實驗

　　1.1、樣品制備

　　本實驗以15 mm × 7 mm × 0.5 mm 的銅片( 純度99.5%) 作為襯底。一維納米CuO/CNTs 復(fù)合結(jié)構(gòu)的制備流程如下: 首先，將銅片放入濃度為4 mol /L 的鹽酸中浸泡30 min 以除去表面氧化物，再用去離子水將銅片表面沖洗干凈。配制( NH4)2S2O8和NaOH 混合溶液30 ml，其中，( NH4)2S2O8的濃度為0.075 mol /L，NaOH 的濃度為5 mol /L。將處理過的銅片放入混合溶液中室溫下生長2 h，此時在銅片表面形成一層藍(lán)色薄膜，X 射線衍射( XRD) 對其進行成分分析表明該藍(lán)色薄膜為Cu( OH)2，見圖1(a) 。把銅片取出用去離子水沖洗干凈后晾干，將SWCNTs水溶液涂覆在藍(lán)色薄膜表面，然后將樣品放入馬弗爐中200℃退火2 h。肉眼可觀察到銅片表面薄膜變?yōu)樯詈稚�。純CuO 納米線樣品采用類似的方法制備，唯一區(qū)別是制備過程中沒有涂覆SWCNTs水溶液。制備純SWCNTs 薄膜時，采用相同的涂覆工藝將SWCNTs 分散液覆蓋在金屬Cu 片上，并在氬氣保護下200℃干燥。

　　1.2、樣品性能及表征

　　采用FEI 公司Nova Nano SEM 230 場致發(fā)射掃描電子顯微鏡(Field Emission Scanning Electron Microscopy，F(xiàn)E-SEM) 對CuO/CNTs 納米復(fù)合材料的表面形貌進行表征；利用BRUKER D8-advance XRD儀，對樣品進行物相分析，X 射線源采用Co 靶。場發(fā)射性能測試在自制的真空測試系統(tǒng)中進行，測試時系統(tǒng)真空度為5.0 × 10^-4Pa，以涂有熒光粉的ITO 玻璃作為陽極，陰、陽極間距為550 μm。

　　3、結(jié)論

　　將SWCNT 涂覆在用水熱法制備的Cu(OH)2納米線陣列上，經(jīng)低溫(200℃) 后退火處理后獲得CuO 納米線/SWCNTs 復(fù)合材料。CNT 薄膜具有相互交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，均勻分布，覆蓋整個納米CuO薄膜約一半的面積。FE-SEM 觀察發(fā)現(xiàn)，在CNT 覆蓋區(qū)，CuO 納米線的壁身以及頂端纏繞有納米管或納米管束，也有SWCNTs 在CuO 頂端處形成凸起。場發(fā)射測試結(jié)果表明，該復(fù)合納米材料具有低的開啟場強( 約0.8 V/μm) ，高的場增強因子(12084) ，以及良好的發(fā)射穩(wěn)定性。本實驗提供了一種制備溫度低，工藝簡單，成本低廉的濕化學(xué)法用以制備CuO/CNTs 納米復(fù)合材料，該技術(shù)在場發(fā)射陰極陣列制備方面顯示出很好的應(yīng)用前景。