場發(fā)射冷陰極作電子源的真空電子器件具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、無輻射抗干擾、功耗低和工作溫度區(qū)間寬等特點，有望實現(xiàn)器件頻率和功率的突破以及整體性能的提升。場發(fā)射冷陰極作為真空微電子器件的核心部件，其性能的好壞直接影響著器件的整體性能。冷陰極材料的選擇、制備及場發(fā)射性能對冷電子源真空器件的性能和壽命具有至關(guān)重要的影響。與其他材料相比，碳基材料（如碳納米管、石墨烯等）表現(xiàn)出較為優(yōu)異的場發(fā)射性能。
中國科學院蘭州化學物理研究所清潔能源化學與材料實驗室低維材料與化學儲能課題組一直致力于碳基納米材料冷陰極的構(gòu)筑及性能研究，先后對石墨烯、碳納米管等碳基冷陰極進行了研究，并獲得了具有優(yōu)異發(fā)射特性的冷陰極，可滿足不同真空電子器件的使用要求。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在SCIENCE CHINA Materials 60, 335(2017)，Nanotechnology 27,445707(2016)， Applied Physics Letters 108,193112(2016)，Applied Surface Science 357,1(2015)，Nanoscale Research Letters 10, 483(2015)，Applied Physics Letters105, 213111(2014)，Physical Chemistry Chemical Physics, 16,1850(2014)，AIP Advances 2, 022101(2012)，Applied Physics Letters 99,173104(2011)及Applied Physics Letters 99, 163103(2011)等雜志上。
目前，場發(fā)射冷陰極都由直流連續(xù)或脈沖高壓電源驅(qū)動，此類電源設(shè)備不僅價格昂貴、體積大、笨重，而且安全性較差，限制了冷陰極器件的進一步小型輕量化及便攜化。尋找一種新的冷陰極驅(qū)動方式，從而滿足不同工況下的使用需求，迫在眉睫。
摩擦納米發(fā)電機（TENG）基于摩擦起電以及靜電感應(yīng)原理，利用材料間摩擦引起的電荷轉(zhuǎn)移，可將環(huán)境中的機械能轉(zhuǎn)化成電能，實現(xiàn)能量收集和轉(zhuǎn)換。TENG可輸出高電壓及一定功率，可滿足低壓開啟冷陰極的工作要求。蘭州化物所研究人員采用三維網(wǎng)絡(luò)碳制備了在直流連續(xù)電源驅(qū)動下具有良好發(fā)射性能的冷陰極；同時，研究人員嘗試采用具有高壓輸出的TENG（最高輸出電壓800 V）來驅(qū)動三維網(wǎng)絡(luò)碳冷陰極。
實驗發(fā)現(xiàn)，采用TENG的高壓輸出完全可以實現(xiàn)冷陰極的電子發(fā)射，同時通過場發(fā)射電子轟擊熒光屏可以觀測到均勻的、持續(xù)的光斑，證實了采用TENG作為持續(xù)電能供給來驅(qū)動冷陰極的可行性。此工作為冷陰極真空電子器件進一步小型輕量化以及自驅(qū)動化提供可能，相關(guān)結(jié)果在線發(fā)表于Nano Energy, 49, 308 (2018)。論文共同第一作者為陳江濤、楊兵軍和林宜典（新加坡南洋理工大學），通訊作者為閻興斌。
該系列研究工作得到了中科院“百人計劃”、國家自然科學基金項目（51002161）和蘭州化物所“一三五”規(guī)劃項目的支持。
化學慧納米材料系列產(chǎn)品
