1. 研究目的与意义
随着电子业和通讯业的发展，平板显示产品已经渗入我们的生活中，据统计：到2012年底，平板显示器的产值已达到1200亿美元，在全球经济中占有一席之地；在国内平板显示器也得到了越来越多的应用，而按其显示原理来说目前最受研究人员青睐的平板显示器为场发射显示器。场发射器是以场发射阵列（FEA）为基础，在它上面组装阳极和栅极等电子元件而制成的真空微电子器件，它因具有高电子能量、强抗辐射性和优良的温度敏感性等优点而广泛应用在常用的冷场电镜（SEM）、平板显示器、场发射光源、传感器、行波管等器件中。场发射器的核心为场发射阵列。场发射阵列为在基底材料上定向排列高度和宽度为几十到几百纳米的导体尖锥，导体尖锥中的自由电子能被强电场拉入真空，形成场发射。场发射阵列的制备材料主要有金属、碳纳米管、金刚石薄膜、硅尖锥，其中硅尖锥因具有一致性好、易于实现微小尺寸等优点成为继发展最早的金属Mo尖锥之后应用最多的。目前硅尖锥阵列的基底材料通常为硅基或镀银玻璃。这两种材料抗断强度低、较脆、缺乏延展性，限制了硅尖锥的场发射性能；并且银是贵金属，价格昂贵，因此必须找其它材料代替硅基或镀银玻璃作为基底制备硅尖锥场发射阵列。随着研究人员对稻秸的研究，发现稻秆是一种二氧化硅-纤维素的天然纳米复合材料，二氧化硅与纤维素在纳米尺度的复合，使稻秆质轻和刚柔并具，纤维素起结构模板和改善材料综合性能的双重作用。效仿天然植物复合材料的构筑原理，利用有机结构模板剂，仿生组装无机-有机纳米复合材料。而纳米纤维素是天然纤维素复合材料的结构支撑体，具有多级孔道结构，手性液晶排列和活性羟基官能团，所以有优异的模板效应；并且它的的表面含有大量的羟基，使得其表面易于化学改性从而赋予表面不同的特性，如传导性等。因此，可以以纳米纤维素为模版，组装无机-纳米纤维素复合材料。利用纳米纤维素模板代替硅基或镀银玻璃作为基底制备硅尖锥场发射阵列，既能改善它的机械性能、节约资源、降低成本，又可以为扩大纳米纤维素的用途。
以纳米纤维素模板基底，以硅为突起的场发射阵列模型，通过研究纳米纤维素模板合成纳米二氧化硅的工艺，组装出以纳米纤维素为模板，在其上面有定向排列的硅尖锥的新型材料。
2. 国内外研究现状分析
纳米纤维素模板上定向合成纳米二氧化硅，这种复合材料作为一种新型的纳米复合材料，目前对其研究可以说仍处于起步阶段。
在过去的几年里，国内外针对无机-有机纳米材料的制备方法及性能开展了较多的研究工作，其中包括对纳米纤维素-纳米二氧化硅复合材料的研究。
国内外研究表明纳米纤维素-纳米二氧化硅复合材料的制备方法有溶胶-凝胶法、原位矿化法、气凝胶法和电流体动力学法。
3. 研究的基本内容与计划
1、纳米纤维素的制备；
2、利用溶胶凝胶法，在纳米纤维素上定向排列纳米二氧化硅，并通过改变溶剂配比、ph值、温度等因素探讨最优合成工艺；
3、对组装的材料进行性能检测与分析。
4. 研究创新点
论文的创新在于以稻秸的无机有机结构为启示，仿生设计SiO2-纳米微晶纤维素的定向结构，开发以纳米纤维素为模板、纳米二氧化硅为尖锥的复合材料，构筑其在场发射阵列上的应用。
