镍基少层石墨烯电极场发射性能机制与微结构分析

石墨烯因具有多种优异性质而被广泛应用于工业技术领域,利用石墨烯的吸附性实现对碱金属原子的吸附,表面功函数将大幅降低,将其应用于热电器件电极材料可显著提高器件的输出性能。研究结果表明,采用“yo-yo”法铯氧交替激活方式对镍基底少层石墨烯样品进行激活实验,铯蒸气以铯原子的形式在少层石墨烯表面均形成稳定的结构,光电流逐渐增加,石墨烯表面功函数随之降低。后续间断通入氧气,氧原子与表面吸附的铯原子相互作用,铯原子在氧原子作用下离子化,光电流迅速增加,进一步降低了石墨烯表面功函数。X射线光电子能谱(XPS)及紫外光电子能(UPS)谱的分析结果表明,二层、三层、五层石墨烯表面功函数在铯氧激活后达到的最小值分别为1.446 eV、1.388 eV、1.253 eV,较激活前分别降低了56.38%、58.55%、62.58%。功函数降低程度与石墨烯层数具有一定的关系,层数增加促进Cs-O-Cs双偶极子结构的产生,Cs2O和CsC8在降低功函数方面具有协同作用。另外,Cs-O-C双偶极子加强C-Cs偶极子对表面纵向电场的影响。在此基础上,通过第一性原理阐述了石墨烯在铯化后功函数降低机制。