碳、碳氮和硼碳氮纳米管场发射性能的比较研究

采用高温热解法在860℃分别制备出了碳、碳氮和硼碳氮纳米管，提纯后利用丝网印刷工艺分别将它们制备成薄膜，并测试了它们的场发射性能.结果表明：碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管薄膜的开启电场分别为2.22，1.1和4.4V/μm，当电场增加到5.7V/μm时，它们的电流密度分别达到1400，3000μA/cm²和小于50μA/cm².碳和碳氮纳米管薄膜的场增强因子分别为10062和11521.可见，碳氮纳米管的场发射性能优于碳纳米管，而硼碳氮纳米管的场发射性能比前两者要差.解释了这三种纳米管场发射性能差别的原因. 关键词： 碳纳米管 碳氮纳米管 硼碳氮纳米管 场发射     

CNx纳米管的制备、结构观察及低场致电子发射性能研究

采用高温热解法 ,以乙二胺为前驱液 ,在沉积有铁催化剂的p型硅 (1 1 1 )基底上制备出了定向生长的CNx 纳米管 .利用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜和拉曼光谱对CNx 纳米管进行了形貌观察和表征 .CNx 纳米管的高度在 2 0 μm左右 ,直径在 5 0— 1 0 0nm之间 ,具有明显的“竹节状”结构 ,结晶有序度较差 .对CNx 纳米管薄膜进行低场致发射性能测试 :外加电场为 1 4V μm ,观察到 2 0 μA cm2 发射电流 ,外电场升至 2 5 4V μm时发射电流达到1 2 80mA cm2 ,在较高外电场下 ,没有发现电流“饱和” .这比相同实验条件下改变前驱液制备出的碳纳米管和硼碳氮纳米管的场发射性能优越 .还在“竹节状”结构的基础上对CNx 纳米管的场致电子发射机理进行了讨论     

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。     

碳掺杂闭口硼氮纳米管场发射第一性原理研究

运用第一性原理研究了闭口硼氮纳米管（BNNT）顶层掺碳体系（C@BNNT）的电子场发射性能.结果表明：随外电场增强,C@BNNT电子结构变化显著,态密度（DOS）向低能方向移动;碳原子的局域态密度（LDOS）在费米能级附近明显增大;赝能隙、最高占据分子轨道（HOMO）/最低未占据分子轨道（LUMO）能隙减小;体系电荷移向帽端.DOS,HOMO/LUMO及Mulliken电荷分析一致表明,与BNNT相比,C@BNNT电子场发射性能显著改善,且C@BN_moreNT性能更优. 关键词： 碳掺杂 硼氮纳米管 电子场发射 第一性原理     

碳掺杂硼氮纳米管电子场发射的第一性原理研究

对闭口硼氮纳米管（BNNT）顶层掺碳体系,运用第一性原理研究了电子场发射性能.结果表明,掺碳的BNNT体系电子结构变化显著;外电场愈强,体系态密度向低能端移动幅度愈大,且最高占据分子轨道（HOMO）/最低未占据分子轨道（LUMO）能隙愈小.体系态密度和局域态密度,HOMO和LUMO及其能隙分析一致表明,各种碳掺杂体系中C_eqBNNT的场发射性能最佳. 关键词： 硼氮纳米管 碳掺杂 第一性原理     

第一性原理研究电场对BN纳米管电子结构的影响

采用基于密度泛函理论的第一性原理计算研究了电场对BN纳米管的电子结构的影响.首先对在不同电场强度下的纳米管几何结构进行了优化,可以看出纳米管沿轴方向层间距出现了不规则的变化.电子能带结构显示,在电场作用下,zigzag型和armchair型两种结构纳米管的能带向低能方向移动,并且导致纳米管的带隙有显著的减小.电场使得armchair型纳米管的带隙发生了从间接带隙向直接带隙的转变.在电场作用下,纳米管的两端态密度呈现出明显的差异,正负电荷沿轴向出现了沿轴向的空间分离,Mulliken电荷分布图揭示出最高占据轨道和最低未占据轨道分居在纳米管的两端.     

CNx纳米管的制备、结构观察及低场致电子发射性能研究

采用高温热解法，以乙二胺为前驱液，在沉积有铁催化剂的p型硅（111）基底上制备出了定向生长的CNx纳米管.利用扫描电子显微镜、高分辨率透射电子显微镜和拉曼光谱对CNx纳米管进行了形貌观察和表征.CNx纳米管的高度在20?μm左右，直径在50—100nm之间，具有明显的“竹节状”结构，结晶有序度较差.对CNx纳米管薄膜进行低场致发射性能测试：外加电场为1.4V/μm，观察到20?μA /cm2发射电流，外电场升至2.54V/μm时发射电流达到1.280mA/cm2，在较高外电场下，没有发现电流“饱和”.这比 关键词： CNx纳米管 高温热解 “竹节状”结构 场致发射     

三极场发射显示器中二次印刷型碳纳米管阴极的制备及特性(英文)

结合丝网印刷技术,研发了一种碳纳米管阴极制备法.利用双壁纳米管作为原材料,并加入细小银颗粒,制作了混合纳米管浆料.将混合纳米管浆料制作在传导电极表面,再将普通纳米管浆料印刷在混合纳米管浆料的上面.在链式烧结炉中对烘烤后的纳米管浆料同时进行烧结以除掉有机溶剂.在进行适当的后处理工艺之后,就形成了二次印刷型纳米管阴极,它能显著改善阴极的场致发射特性.制作了二次印刷型纳米管阴极的三极结构场致发射显示器.该显示器具有更高的发光亮度以及更好的发光图像亮度均匀性.与普通纳米管阴极场致发射显示器相比较,它能够将开启电场从2.15V/μm降低到1.75V/μm,并能够将最大场发射电流从735.8μA提高到1 588.5μA.所研发的纳米管阴极制备方法具有很强的实际应用性,且制作成本低廉.     

器件参量对栅极调制碳纳米管冷阴极的影响(英文)

基于电场叠加原理,利用悬浮球模型给出了带栅极纳米管顶端电场与电场增强因子,分析了碳纳米管与衬底之间的接触电阻、器件几何参量以及阴栅极之间的电介质对器件场发射性能的影响.结果表明:接触电阻大大降低了碳纳米管阴极的场发射电流,当接触电阻超过100kΩ时,发射电流密度非常小,此时需要更高的阳极开启电压;当阴栅极之间的电介质为真空时,阴极电子发射性能最佳;除了碳纳米管的长径比之外,栅孔半径、阴栅极间距以及阳极距离等的优化设计,也能提高器件发射性能;通过栅极偏压的调制,可以降低阳极驱动电压.     

公度双壁碳纳米管层间耦合对其场发射特性影响的研究

采用紧束缚能带理论，利用所提出的考虑卷曲效应的紧束缚能量哈密顿量，建立了公度双壁碳纳米管(DWNT)的能带结构模型；基于碳纳米管(CNT)发射电流与其能带结构的相关性，定量分析了公度DWNT的层间耦合作用对其场发射电流的影响.结果表明：在层间耦合作用下，DWNT的带结构中部分简并能级发生劈裂，同时使禁带宽度发生改变.前一个因素增加了电子发射的通道，后一个因素改变价带中参与发射的电子数量，导致在一定外电场下，DWNT与其外层的SWNT相比，场发射电流有一定程度的增加，且半导体性管发射电流增幅比金属性管大，在 关键词： 公度双壁碳纳米管 能带结构 层间耦合作用 卷曲效应     

Continuum theory for nanotube piezoelectricity

We develop and solve a continuum theory for the piezoelectric response of one-dimensional nanotubes and nanowires, and apply the theory to study electromechanical effects in boron-nitride nanotubes. We find that the polarization of a nanotube depends on its aspect ratio, and a dimensionless constant specifying the ratio of the strengths of the elastic and electrostatic interactions. The solutions of the model as these two parameters are varied are discussed. The theory is applied to estimate the electric potential induced along the length of a boron-nitride nanotube in response to a uniaxial stress.     

不同电场下碳纳米管场致发射电流密度研究

本文运用密度泛函理论和金属电子论, 深入研究了碳纳米管场致发射电流的变化规律. 结果显示其发射电流密度取决于体系的态密度、赝能隙、管长和局域电场, 在不同范围电场下的变化规律不同. 在较低电场下, 发射电流密度随电场增强而近似线性增大(对应的宏观电场须小于18 V· μm^-1); 但在较高电场下, 发射电流密度随外电场增加呈现非周期性振荡增长趋势, 碳纳米管表现为电离发射. 本文进一步研究了金属性碳纳米管电导率在不同电场下的变化规律.     

一种平行栅碳纳米管阵列阴极的场发射特性研究

建立一种平行栅碳纳米管阵列阴极,利用悬浮球模型和镜像电荷法进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场与电场增强因子的解析式. 在此基础上,进一步分析器件各类参数以及接触电阻对阴极电子发射性能的影响. 分析表明,碳纳米管间距大约为2倍碳纳米管高度时阵列阴极的分布密度最佳,靠边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大;除碳纳米管的长径比之外,栅极宽度和栅极间距也对电场增强因子有一定作用;接触电阻的存在大幅度降低碳纳米管顶端表面电场与发射电流,而接触电阻高于800 kΩ时,器件对阳极驱动电压的要求更高. 关键词： 平行栅碳纳米管阵列 悬浮球 场增强因子 接触电阻     

对碳纳米管阵列的场发射电场增强因子以及最佳阵列密度的研究

研究了外电场、碳纳米管自身线度、尤其管的阵列密度对碳纳米管的场发射性能的影响,从理论上深入探索碳纳米管阵列的电场增强因子并提出改善其场发射电子性能的有效途径.研究结果表明,碳纳米管阵列的电场增强因子的数量级一般为102—103,并对任何长径比的碳纳米管阵列,都对应着一个最佳阵列密度,当碳纳米管阵列密度取此最佳密度值时,其电场增强因子明显提高.这里的理论研究对弄清碳纳米管的场发射机理及实验合成高发射性能的碳纳米管阵列有一定的意义 关键词： 碳纳米管阵列 最佳阵列密度 电场增强因子 长径比     

一种平行背栅极碳纳米管阵列的场增强因子计算

建立一种平行背栅极碳纳米管阵列阴极,基于电场叠加原理,利用镜像电荷法对其进行计算,给出碳纳米管顶端表面电场增强因子。在此基础上,进一步分析器件各类参数对电场增强因子的影响。分析表明,碳纳米管阵列阴极具有最佳阵列密度,其对应碳纳米管间距大约为碳纳米管高度的两倍,靠阴极阵列边缘部位的碳纳米管发射电子能力比其中心部位的大。除了碳纳米管的长径比之外,栅极宽度、栅极厚度和栅极间距等也对电场增强因子有一定的影响:栅极越宽,场增强因子越大;而栅极厚度、栅极间距越大,场增强因子就越小。     

Ab initio study of field emission from graphitic ribbons

We have performed first-principles calculations on field emission (FE) from graphitic ribbons within the time-dependent density-functional theory. An important finding is that dangling bond states localized at clean edges are major contributors to FE current. H termination makes the FE current small due to the disappearance of the dangling-bond states. FE is found not to occur from the edge state of a H-terminated zigzag ribbon even when the state is at the Fermi level. The results of the FE current from graphitic ribbons give approximately 1 microA for maximum of FE current from a circular edge of graphitic sheets with approximately 1 nm diameter of an open-ended multiwalled carbon nanotube under a high electric field of approximately 1 V/A.     

Electron holography of field-emitting carbon nanotubes

Electron holography performed in situ inside a high resolution transmission electron microscope has been used to determine the magnitude and spatial distribution of the electric field surrounding individual field-emitting carbon nanotubes. The electric field (and hence the associated field emission current) is concentrated precisely at the tips of the nanotubes and not at other nanotube defects such as sidewall imperfections. The electric field magnitude and distribution are stable in time, even in cases where the nanotube field emission current exhibits extensive temporal fluctuations.     

纳米碳管阵列场发射电流密度的理论数值优化

以纳米碳管阵列为研究对象,利用镜像悬浮球模型及Fowler-Nordheim电流密度公式,对纳米碳管阵列的场发射电流密度进行计算,进而综合考虑场发射增强因子及场发射电流密度对纳米碳管阵列场发射性能进行定量优化.参考碳管阵列场发射电流密度最大值及场发射增强因子,表明当纳米碳管阵列间距为碳管高度十分之一时,纳米碳管阵列的场发射性能得到优化.与以前的理论估算结果相比,优化的阵列间距进一步减小.当纳米碳管间距过大,场发射增强因子增加,而场发射电流密度会在更大程度上减小;当纳米碳管密度较大时,场发射增强因子受到静电 关键词： 纳米碳管 场发射 增强因子 电流密度     

A study on photo-generated charges property in highly ordered TiO2 nanotube arrays

In this study TiO₂ nanotube arrays were fabricated by potentiostatic anodization of titanium sheet. The X-ray diffraction (XRD) pattern and field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) image indicated the TiO₂ nanotube arrays were of pure anatase form and highly ordered. The properties of the photo-generated charges in the nanotube arrays were investigated by transient photovoltage (TPV) technique and surface photovoltage (SPV) technique based on lock-in amplifier with dc bias, in comparison with the commercial powder derived film. The separation processes of the photo-induced charges in the system of TiO₂ nanotubes on Ti have been demonstrated to be correlated with the incident light intensity, surface trapping states, and the interfacial electric field between Ti and TiO₂. The results also show that the highly ordered nanotube film could generate much stronger SPV responses under external electric field than the commercial powder derived film.