碳纳米管场发射特性的研究

自1995年首次报道碳纳米管电子场发射实验研究以来,碳纳米管被认为是最具应用潜力的电子场发射极,特别是近几年碳纳米管合成技术的发展更促进了碳纳米管作为场发射电子源的研究。本论文对碳纳米管作为场发射电子源的研究进行了系统的总结,简洁地介绍了碳纳米管电子场发射研究的方法、理论、主要发现及意义。     

碳纳米管的提纯、填充及用作场发射电子源

碳纳米管是９０年代发现的一种新型材料，具有潜在的应用价值．文章介绍了怎样提纯碳纳米管，如何在碳纳米管内填充材料，以及用碳纳米管作场发射电子源等研究工作的进展     

接触电阻对碳纳米管场发射的影响

基于改进的悬浮球模型,计算了碳纳米管和衬底间的接触电阻存在时碳纳米管顶端的局域电场, 并结合Fowler-Nordheim (F-N)场发射规律研究了接触电阻对碳纳米管场发射的影响.研究表明,接触电阻的存在,在高电场区域接触电阻抑制了碳纳米管的电子场发射,导致在高电场区域出现电流饱和及FN直线偏折现象.其原因可归结为接触电阻使得在碳纳米管顶端的局域电场相对于没有接触电阻时相对地减少. 关键词： 碳纳米管 场发射 接触电阻 电流饱和     

利用场发射显微镜研究O2对单壁碳纳米管场发射的影响

利用场发射显微镜和四极质谱计研究了充入高纯O2的四极质谱和O2对单壁碳纳米管场发射的影响.单壁碳纳米管经过约1000℃的热处理得到清洁态场发射像后，充入O2，分别测量了O2吸附和脱附后场发射的I V特性.实验观测到在单壁碳纳米管上O2的吸附使场发射电流减小，说明逸出功增加.在10-4Pa的O2压强下对单壁碳纳米管进行约1000℃的热处理，可以产生氧化刻蚀作用，观测到场发射像的变化，并测量了氧化刻蚀产生的I V特性变化. 关键词： 单壁碳纳米管 场发射显微镜 场发射 四极质谱     

掺杂对碳纳米管拉曼光谱及场发射性能的影响

采用高温热解法在860℃分别制备出了镓、氮以及硼和氮掺杂的碳纳米管,提纯后利用丝网印刷工艺分别将它们制备成薄膜,并测试了它们的拉曼光谱与场发射性能。测试结果表明,掺杂纳米管的缺陷密集度比纯碳纳米管明显增大,而它们的场致电子发射性能则与掺杂元素的性质密切相关。镓和氮掺杂的纳米管均具有非常优异的场发射性能,而硼和氮共掺杂的纳米管的场发射性能很差。掺杂引起碳纳米管费米能级附近能态密度的变化及功函数的降低是其具有优异场致电子发射性能的主要原因。     

掺硼水吸附碳纳米管电子场发射性能的第一性原理研究

运用第一性原理研究了掺硼碳纳米管(BCNT)顶端吸附水分子后的电子场发射性能.结果表明：掺B及吸附H₂O的碳纳米管(BCNT+H₂O)端部形成电子聚集的原子尺度微区,其电子态密度(DOS)在费米能级(E_f)附近有很大提高.根据计算的电子DOS,HOMO/LUMO及Mulliken电荷分布等可知BCNT+H₂O比CNT+H₂O有更好的场发射性能. 关键词： 掺硼碳纳米管 吸附 密度泛函理论 电子场发射     

介电体围绕下绳束状碳纳米管的场发射特性(英文)

在周边环绕玻璃薄片介电体的作用下,绳束状碳纳米管宏观体的场发射电流发生异常跃迁,同时伴随有场发射电子光斑的横向扩展,导致跃迁后的场发射电流明显高于正常情况。所有观察到的现象均与介电体存在下的电场重新分布和电子轨迹偏离有关。理论分析及随后的场发射测试检验了介电体几何尺寸、间距、介电常数等因素对场发射I-V性能的影响。研究结果提供了一种控制Spindt型场发射体电子发射性能的新的可行途径。     

Peierls相变与磁场中碳纳米管的场发射

应用紧束缚模型和WKB方法研究碳纳米管的out-of-plane型Peierls相变,及其对碳纳米管的场发射的影响.结果发现Peierls相变会在室温出现,并使碳纳米管费米面附近出现能隙,导致碳纳米管发生金属—半导体转变,从而抑制碳纳米管的场发射.磁场也会抑制Peierls形变,Peierls相变和磁场相互竞争影响碳纳米管的能带结构,从而影响碳纳米管的场发射. 关键词： 场发射 碳纳米管 Peierls相变     

用场发射显微镜研究单壁碳纳米管场发射

利用场发射显微镜在小于40×10^-7Pa压强条件下研究了单壁碳纳米管微束在不同温度加热除气后的场发射变化,得出随着除气温度的升高,碳纳米管逸出功经历了从大到小再变大的变化过程.在清洁态(1000℃除气)对应有最小的逸出功,此时场发射图像显示出一定的细致结构.继续升高温度,碳纳米管发生塌缩.     

用场发射显微镜研究单壁碳纳米管场发射

利用场发射显微镜在小于4.0×10-7Pa压强条件下研究了单壁碳纳米管微束在不同温度加热除气后的场发射变化,得出随着除气温度的升高,碳纳米管逸出功经历了从大到小再变大的变化过程.在清洁态(1000℃除气)对应有最小的逸出功,此时场发射图像显示出一定的细致结构.继续升高温度,碳纳米管发生塌缩.     

多壁碳纳米管阵列场发射研究

研究了Ar离子束轰击及温度对多壁碳纳米管阵列场发射性能的影响.经Ar离子轰击35min后，发现阵列顶端的Fe催化剂颗粒明显减少，弯曲的顶部被轰击掉，使碳纳米管的场发射电流明显减小而场发射像无明显改变.温度的增加引起碳纳米管的场发射电流也随之增加.还研 究了在透明阳极技术中涂在阳极的荧光粉对场发射电流的影响.对同一碳纳米管阵列样品，发现涂有荧光粉的透明阳极使测量到的场发射电流大幅度减小，只是未涂荧光粉阳极电流的 1/30左右.直接用二氧化锡导电膜作阳极时，测得样品的开启场强为1.0V/μm.沉积了荧光粉的二 关键词： 多壁碳纳米管 场发射     

碳纳米管的变温场发射

考察了温度变化对沉积在钨丝针尖上的碳纳米管场发射的影响，发现碳纳米管场发射电流随温度升高而增大，场发射电流的稳定性基本没有变化. 多根碳纳米管的场发射特性随温度变化出现偏离Fowler-Nordheim理论的现象，这种现象可能来自碳纳米管的不均匀性.     

涂布法制备碳纳米管场发射阴极及其性能的研究

碳纳米管（CNT）作为场发射阴极（FEC）具有很好的性能。报导了利用粉末状碳纳米管制作CNT－FEC的方法，包括涂布方法、纯化方法和表面处理方法。主要关心的FEC性能为电子发射均匀性、电流密度和寿命。     

生长温度对碳纳米管阴极场发射性能的影响

碳纳米管(Carbon Nanotubes,CNTs)场发射平面显示器(Field Emission Display,FED)与其他显示器比较显示了其独特优点,被认为是未来理想的平面显示器之一。碳纳米管阴极作为器件的核心部分,其性能的好坏直接影响显示器的性能。针对30~60英寸(76.2~152.4cm)大屏幕显示器所用的厚膜工艺,即采用丝网印刷法制备了碳纳米管阴极阵列,研究了化学气相沉积法在不同温度下生长的CNTs的场发射电流-电压特性,找到了适合FED用碳纳米管的最佳生长温度。结果表明生长温度越高(750℃),CNTs场发射性能越好。并用荧光粉阳极测试这些CNTs的场发射发光显示效果,验证了上述结论。     

单壁碳纳米管的场发射特性研究

利用场发射显微镜(FEM)和四极质谱计分别研究了经过热处理的单壁碳纳米管的场发射图像和热处理过程中样品脱附的残气质谱.当热处理温度达到1000℃左右时得到了单壁碳纳米管的场发射像,此像可能是顶端开口的单根(16,0)锯齿形单壁碳纳米管的具有原子可分辨的场发射图像.四极质谱分析结果表明,在此温度范围W针尖晶粒间隙中有O原子和C原子释放出来.它们对单壁碳纳米管顶端的修饰是我们能观察到这些碳纳米管场发射像的可能原因. 关键词： 单壁碳纳米管(SWCNTs) 场发射显微镜(FEM) 四极质谱     

大电流碳纳米管场发射阴极研究

报道了在较大发射面积上获得较大场发射电流的碳纳米管场发射阴极。为了加强场发射电流,在丝网印刷浆料中增加一种金属纳米颗粒,金属颗粒增强了碳纳米管发射体和衬底的接触,提高碳纳米管和衬底的粘附作用。利用改进后的丝网印刷方法制备了大电流碳纳米管场发射阴极,测得最大发射电流为68.0 mA,阴极有效发射面积约1.1 mm2,发射电流密度约6.2 A/cm2;并成功将改进方法制备的大电流场发射碳纳米管阴极应用于场发射真空器件原型。实验证明这种具有较大发射电流和较大发射电流密度的场发射能够满足部分大功率电子器件的需求。收稿日期:; 修订日期:     

碳内米管的提纯,填充及用作场发射电子源

碳纳米管是９０年代发现的一种新型材料，具有潜在的应用价值。文章介绍了怎样提纯碳纳米管，如何在碳纳米管内填充材料，以及用碳纳米管作发射电子源等研究工作的进展。     

基于碳纳米管场发射三电极显示器的设计和实验

提出了一种基于碳纳米管场发射三电极大面积全彩色平板显示器模型,其特点是栅极和阴极在同一个平面上,驱动电压低,而电子传输比可以高达29.3%(达到阳极的电子与从阴极碳管上发射出来的电子之比),实验结果和理论模拟的结果符合得很好.阴极和栅极之间的沟槽可以用激光打标机刻蚀形成,用做阴极发射体的碳纳米管浆料用水浴法形成,显示器制作工艺简单.     

氢等离子体处理——一种有效提高碳纳米管场发射性能的方法

研究了经氢等离子体处理后多壁碳纳米管的场发射性能。测量了处理前后样品的电流电压特性和表面形貌。结果表明经氢等离子体处理后,发射性能明显改善,发射点密度由未经处理的104/cm2提高到106/cm2。发现了一种新的碳纳米管结构,称之为多结的碳纳米管,并讨论了样品发射性能提高的可能机理。这种处理提供了一种有效提高发射点密度和基于碳纳米管的平板显示器性能的方法,非常适用于低成本大面积场发射阴极的制作。     

硅掺杂铝镓氮薄膜场发射性能研究

利用脉冲激光沉积,分别制备了一系列不同Si掺杂浓度的铝镓氮(AlGaN)薄膜.对此薄膜进行场致电子发射测试表明,Si掺杂浓度为1％的AlGaN薄膜具有最好的场发射特性.相对于非掺杂样品,其场发射电流明显增加,场发射开启电场显著降低.掺杂带来载流子浓度的提升,为场发射提供足够的电子源,使样品的场发射性能提升.但掺杂浓度的进一步提高,薄膜缺陷增加,电子迁移率降低,其薄膜内部电子输运能力降低大于电子浓度的增加对场电子发射的贡献,导致场发射性能开始变差.