Sr掺杂对12CaO·7Al2O3电子化合物电输运及发射性能的影响

摘要： 12CaO·7Al2O3电子化合物(C12A7:e -)是一种具有低工作温度和低逸出功等优点的新型电子化合物阴极材料。通过高温固相反应结合放电等离子烧结制备Sr掺杂(Ca1-xSrx)12A7 (0≤x≤0.05)块体, 并在1100 ℃采用Ti颗粒还原20 h成功制得电子化合物(Ca1-xSrx)12A7:e -。第一性原理计算结果表明, (Ca1-xSrx)12A7:e -与C12A7:e -相比, 框架导带下移, 费米能级附近态密度增加, 这将有利于电输运和发射性能的优化。室温电输运测试结果表明, Sr掺杂有利于C12A7:e -电输运性能的优化, 其中(Ca0.96Sr0.04)12A7:e -样品在室温下具有最高电导率(1136 S/cm)以及最高载流子浓度(2.13×10 21 cm -3), 与相同条件下制备的C12A7:e -样品相比, 载流子浓度提高近2个数量级, 表明Sr掺杂可以有效缩短制备C12A7:e -的制备时间。热电子发射性能测试结果表明, 随着Sr掺杂量的增加, 热电子发射性能逐渐提高, 其中(Ca0.96Sr0.04)12A7:e -样品具有最佳的热发射性能, 在1100 ℃外加电压3500 V时, 发射电流密度达到1.45 A/cm 2, 零场发射电流密度达到0.74 A/cm 2, 理查生逸出功降低至1.86 eV。