开口碳纳米管电子发射场增强因子的研究

利用镜像电荷模型计算了处于外加电场中开口碳纳米管顶端的电势和场强,得到电子发射场增强因子为γ=2(2h/ρ+1)/[ln16(1+16R2/ρ2)]-1.结果表明:外加电场与纳米管的几何参数会影响其顶端的局域电场,从而影响电子场发射;γ与长厚比h/ρ和径厚比R/ρ有关.特别,当管长h一定时,管壁厚度ρ比管的有效半径R对γ的影响更加显著.     

单壁碳纳米管场发射计算

本文以Maxwell电磁场理论为基础,对金属型单壁碳纳米管场发射阴极尖端附近的电场进行了计算,给出了不同结构单壁碳纳米管尖端附近的电场分布,发现场强沿管的径向及轴向方向随与管尖端距离的增加而迅速下降,说明了碳纳米管产生的激发场为极强的小范围局域场。通过计算不同几何尺寸单壁碳纳米管的场增强因子随其长度、半径的变化曲线,发现单壁碳纳米管的场增强因子数值非常大,并且根据曲线的变化规律可知,越细越长的单壁碳纳米管具有更大的场增强因子,同时也表明了单壁碳纳米管作为场发射阴极具有低的阈值和大的发射电流密度。本文所得结果为单壁碳纳米管做场发射材料提供了理论参考。     

基于有限元轴对称分析的碳纳米管场增强因子建模与计算

通过采用二维建模而后旋转成为三维模型的轴对称分析,提出了一种基于有限元轴对称分析的碳纳米管建模方法,并计算了不同长径比的碳纳米管的场增强因子.通过对比轴对称模型与立体模型分析结果,证明轴对称模型在提高了网格划分精度的同时减小了计算量,提高了计算效率,并为类似的具有旋转对称特性的模型分析提供了一种切实可行的建模方法.相关计算表明,碳纳米管的场增强因子与其长径比的函数关系为β=h/ρ+2.00.     

碳纳米管场增强因子计算模型的研究

场增强因子(β)是评价碳纳米管场发射性能的重要参数之一.本文介绍了几种计算β的模型,分析了各种因素对β的影响.通过对所得β表达式进行比较,总结了不同模型中影响场增强因子的主要因素.     

ZnO/GaN核/壳异质结纳米线能带结构和电荷分离的理论研究

采用密度泛函第一性原理的方法计算了 GaN纳米线、ZnO纳米线及其核/壳纳米线结构的能带结构,价带顶(VBM)和导带底(CBM)的电荷分布.计算表明本征GaN和ZnO纳米线材料VBM和CBM所对应电荷分布较为分散,且与直径关系不大,形成不了II型半导体电荷分离效应.GaN和ZnO组成的核/壳纳米线均保持本征GaN和ZnO纳米线的直接带隙性质.在ZnO包裹GaN的核壳纳米线结构中,不同比例的ZnO和GaN之间电荷转移均不明显, VBM和CBM电荷分布基本都是由壳层的ZnO的O原子占据,难于实现VBM和CBM电荷空间分离.在GaN包裹ZnO的核壳纳米线结构中,VBM电荷和CBM电荷分布分别主要由壳层的N原子占据和核层的O原子占据,同时ZnO和GaN之间的电荷转移量相对较大,容易形成较大的核壳内置电场,有利于促进空间电荷分离,并且随着ZnO的比例增加电荷转移量也相应增加,能有效的促进电荷分离有利于制备成 II型半导体.     

煅烧制度对ZnTiO3∶2;Eu3+荧光粉的结构和发光性能的影响

采用溶胶-凝胶法制备了ZnTiO3:2; Eu3+荧光粉,研究了不同煅烧制度下ZnTiO3:2; Eu3+荧光粉的结构和发光性能.结果表明:在煅烧温度为600 ～ 900℃时,可以得到六方相ZnTiO3,1000℃分解为立方相,随着煅烧温度的升高,激发光谱中电荷迁移带的峰值逐渐发生红移;发射光谱中样品发射峰的位置基本保持不变,样品中Eu3+的红光发射强度(5D0→7R)在煅烧温度为700℃时达到最大.在保温时间为1～6 h的范围内,发光强度随着保温时间的增长先增强后减弱,在700℃、保温4h的煅烧处理下ZnTiO3:2; Eu3+荧光粉发光性能最好,且其色度坐标比目前商用红色荧光粉更接近国际照明协会的指定坐标.     

单壁碳纳米管储氢行为的模拟计算研究

利用碳纳米管储氢已经成为了纳米科技领域中的一项研究热点.为了认识碳纳米管的动态储氢过程,本文借助于分子动力学方法,对单壁碳纳米管的储氢行为进行了模拟计算,其结果生动逼真,并得出了储氢的如下结论:被吸附的氢分子主要出现在管内和管外的边缘附近;管内氢分子的分布出现分层现象,且管径越小,则靠近管壁的氢分子分层现象越明显;在管内外靠近管壁处的氢分子与管壁有一定的空隙.这为进一步研究碳纳米管的储氢机理和储氢容量等问题提供了必要的依据.     

放电过程对碳纳米管膜场发射性能的影响

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在不锈钢衬底上直接沉积碳纳米管膜.研究碳纳米管膜在放电过程中对其场发射性能的影响.通过XPS、Raman光谱等手段,分析碳纳米管膜在放电过程中sp2碳和sp3碳含量的变化,对碳纳米管膜场发射性能变化的根源进行研究.结果显示,在放电过程中,碳纳米管膜中sp2碳的含量减少,场发射性能变差.经过分析,我们认为发生这种现象的原因是:发射电子主要是从sp2碳发出的,sp2碳的减少直接影响了发射电子的减少,故其场发射性能降低.     

旋涂法制备纳米ZnO阴极涂层及场发射性能

采用水热法制备了烟花状的纳米氧化锌,用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品的结构和形貌进行了表征与分析.然后通过旋涂技术将掺入不同质量的氧化锌沉积到镍衬底上,经过热处理后进行了形貌表征和场发射特性的测试.结果表明:制备的样品是六方纤锌矿结构的花状纳米晶,镍基片上沉积的纳米ZnO涂层具有突出的发射体尖端且分布较均匀;在一定范围内,电流密度随掺杂氧化锌粉末的增多而增大,开启场强逐渐下降.原因是随着ZnO的增加,有效地增强了涂层的电子输运能力,增加了有效发射体数目进而提高了场增强因子.最后,分析了涂层的场发射机制.     

不锈钢衬底的抛光处理对碳纳米管薄膜场发射性能的影响

在抛光的和未抛光的不锈钢衬底上,利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法从甲烷和氢气的混合气体中沉积碳纳米管薄膜,并对其场发射性能进行了研究.实验发现,不锈钢衬底的机械抛光能降低碳纳米管膜的开启场强,增大它的发射电流密度.在同一场强7.5 V/μm下,衬底未抛光样品的电流密度为2.9 mA/cm2,而衬底抛光样品的电流密度达到5.5 mA/cm2.低开启场强和大发射电流密度意味着β增大,说明机械抛光能使碳纳米管膜的β增大.