镓掺杂碳纳米管场发射性能的研究

采用催化热解方法制备出镓掺杂碳纳米管,并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜.扫描电子显微镜观察表明,纳米管直径在20~50 nm之间.对此薄膜进行低场致电子发射测试表明,其场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管.当外加电场为1.1 V/μm,发射电流密度为50μA/cm2;当外电场增加到2.6 V/μm时,发射电子密度达到5 000μA/cm2.对其场发射机理进行探讨.     

掺氮碳纳米管阵列的制备及其场发射特性

使用结构简单的单温炉设备,以二茂铁为碳源与催化剂,三聚氰胺为氮源在硅基底制备出了碳纳米管阵列。所得的碳纳米管为多壁结构,单根碳纳米管的平均直径为50nm,长度为15μm,有着很好的定向性。透射电子显微镜(TEM)和X射线光电子谱(XPS)分析表明所得的碳纳米管是氮掺杂的。利用场发射显微镜研究了掺氮碳纳米管阵列的平面场发射特性,相应的开启场强为1.60V/μm,场发射图像表明了其有较高的场发射点密度。     

在多孔Al2O3膜板上制备取向碳纳米管

在阳极氧化法制备的多孔Al2O3膜板上用CⅧ技术制备出了大面积且高度取向的碳纳米管及阵列,用透射电镜(TEM)和扫描电镜(SEM)观察了碳纳米管阵列的表面形貌和单根碳纳米管的精细结构．分析了不同沉积条件对碳纳米管及阵列生长特性的影响．结果表明,阳极氧化法制备的Al2O3多孔膜板的高取向性使沉积生长其中的碳纳米管阵列也具有极佳的取向性和可控性．     

真空度对碳纳米管场发射显示器的影响研究

建立了碳纳米管场发射环境下电子与气体碰撞的数理模型。通过实验观察和理论分析说明：碳纳米管场发射显示器在常规阴阳极间距下。在不同真空度下的显示均为电子轰击荧光粉发光所致，在低真空度下也无气体放电产生紫外光致荧光粉发光；当真空度太低时，气体电离会降低实际加在阴阳极间的电压，致使电子无法发射。通过电子与气体分子的碰撞频率计算可以说明，用气体压力与阴阳极间距的乘积作为标准衡量气体对场发射的影响比仅用真空度来衡量更为合理。场发射显示器阴阳极间距越大，对真空度的要求越高。     

用机械破碎方法提高印刷碳纳米管薄膜的场发射性能

提出了一种可显著改善丝网印刷碳纳米管(CNTs)薄膜场发射特性的后处理方法,用机械压力通过隔离层对附着于CNTs表面的无机物进行原位破碎,并用高速气流清洁薄膜表面.同其他方法相比,机械破碎方法既不会在处理后的阴极表面留下残留物,也不会使薄膜受损.场发射特性测试表明,与未处理薄膜相比,经过处理的CNTs薄膜的开启场强从2.7V/μm降低到1.7V/μm,同样面积的薄膜(印刷面积为40mm×40mm)在4.2V/μm场强下的发射电流由70μA提高到了950μA,说明机械破碎处理对于提高薄膜的场发射特性有明显作用.该方法在碳纳米管场发射显示器的制作中具有很好的实际应用价值.     

碳纳米管场发射显示器及其全印刷制造技术

针对现有的碳纳米管场发射显示器(CNT-FED)制造技术中存在的工艺复杂、成本过高的问题,提出了用于制造碳纳米管场发射显示器的全印刷制造技术,即采用丝网印刷工艺制备CNT-FED器件内部包括各电极图形、碳纳米管阵列、荧光粉点阵和绝缘支撑层在内的所有结构.同现有的CNT-FED制造技术相比,全印刷技术具有操作简单、成本低廉的优点.采用新技术制造了对角线为14 cm的可矩阵寻址的二极结构CNT-FED,分辨率为160×120像素点阵.该器件在220 V电压下可达到1×104cd/m2的高亮度,工作电压降低到200 V以内,已经可以用现有等离子体显示屏的驱动集成电路来实现控制.     

碳纳米管阴极场发射平板显示器的真空封装

通过采用传统的网版漏印工艺和低熔点玻璃焊料封接技术,实现了场发射显示器真空平板封装,这种封装稳定、可靠且成本低廉,同时,配套的弹性阴极装配技术,可以方便地对不同材料的阴极进行组装,形成二极管结构的场发射平板显示器,弹性装配技术 具有通过拼接得到大面积阴极的潜力,采用这套技术,已经研制出碳纳米管阴极场发射显示器样品。     

二维、三维模型碳纳米管场发射场强计算的比较研究

在计算碳纳米管场发射显示器中电场强度时,为了提高计算效率,许多资料将三维空间的场发射简化为二维模型进行计算,为了比较分析使用二维模型和三维模型计算结果的差异,建立了二维模型单根碳纳米管、三维模型单根碳纳米管和单碳纳米墙3个模型,应用Ansoft Maxwell有限元数值仿真软件进行了仿真,计算结果表明:二维碳纳米管场发射模型的仿真结果代表的三维空间实际情况为碳纳米墙场发射,而不是真正的三维空间碳纳米管场发射。对于单根碳纳米管,用二维模型计算的碳纳米管尖端电场强度仅为三维空间碳纳米管尖端电场强度的1／4。     

场发射用碳纳米管的研究

用直流电弧法制备出了可用于场发射的碳纳米管,其长度在0.5～1μm之间,管径约20～30nm,且大多数具有多层结构.研究发现,经超声分离的样品中有大量便于移植的一端封口的碳管.详细讨论了生长的工艺条件对碳管形貌的影响,给出了生长场发射用碳纳米管的优化工艺条件.     

新型圆柱结构的场发射碳纳米管发光管

设计了一种新型结构的场发射碳纳米管发光管，采用热解法直接生长在钨丝上的碳纳米管作为发光管阴极，获得了新的碳纳米管生长工艺．扫描电子显微镜的表面形貌分析表明，钨丝上碳纳米管的顶端有许多分叉．在常温且真空度为10-4Pa的条件下，测试了钨丝上碳纳米管的电流-电压发射特性，测得开启电场强度为1．25V／μm左右．当电场强度为2．0V／μm时，电流密度可迭320A／m^2．测试了发光管的发光特性，当电压为300V时，亮度可达1600cd／m^2．这种低成本、低耗能、高亮度的新结构碳纳米管发光管，有效地提高了场发射效率和发光亮度，可用于交通指示和大屏幕显示器．     

碳纳米管阴极场致发射的电场数值模拟

利用Visual FORTRAN语言,对碳纳米管阴极的外电势分布和电场强度分布进行了数值模拟．采用非等间距的网格划分对碳纳米管尖端附近进行细致的划分处理,并利用等参有限元方法进行了模拟计算．分析了碳纳米管尖端局部电场强度的增强效应和相邻碳纳米管之间的电场屏蔽现象．讨论了碳纳米管电场强度随管间距变化的关系以及碳纳米管尖端电场强度随半径变化的关系。     

化学气相沉积法制备碳纳米管及场发射性质的研究

讨论了化学气相沉积法制备碳纳米管的方法及过程,通过扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)发现制备的碳纳米管的外直径在30-100nm之间;在10-5Pa高真空的条件下测定了碳纳米管薄膜的场发射性质,并比较了样品的老炼过程对场发射性质的影响.     

碳纳米管场致发射显示器支撑墙配置的优化设计

采用梯度法对大屏幕碳纳米管场致发射显示器的支撑墙密度进行了优化设计.以支撑墙相邻间距、支撑墙的长度和宽度作为优化设计参数,预先设定的面板应力以及应变值作为目标函数,利用ANSYS有限元分析软件进行结构分析,其最佳分析结果变形值为0 487×10-5m,应力值为0 167×107Pa.为了验证分析结果,制作了一个12 7cm碳纳米管场致发射显示器样品,测量屏面板垂直方向的应变值,并与计算值对比分析,实验结果与计算分析结果吻合得较好.将优化结果与其他模拟结果比较对比可知,该优化方法能节约支撑墙制造成本30%以上,表明该优化设计方法对显示器支撑墙设计是有效的.该方法还适合其他真空器件及各种不同尺寸的真空显示器结构设计.     

碳纳米管/纤维阴极场发射平板显示器研制

探索了从碳纳米管/纳米纤维（CNT/CNF）的制备到CNT/CNF阴极场发射平面显示器(c-FED)封装的工艺流程.用化学气相沉积方法,优化制备条件获得了纯度较高的CNT/CNF;以 CNT/CNF和低压荧光粉为原料,采用丝网印刷工艺制作显示器的阴极和阳极;采用类真空荧光显示器的封装工艺封装了c-FED样管.所研制的c-FED具有优良的场发射性能,较好的均匀性及发光密度,黄色荧光粉的c-FED在电场为 2.7 V/μm时的亮度可达600 cd/m².因该显示器使用普通玻璃作为阴阳极基板,整个工艺流程在大面积和实用化方面有很好的应用潜力.      

多壁碳纳米管膜酒敏特性的研究

碳纳米管膜在空气中吸附乙醇气体,乙醇气体诱导碳纳米管膜电阻变化.实验用热灯丝CVD法制备的碳纳米管研究发现碳纳米管膜具有良好的酒敏特性,响应时间和恢复时间较短,并且化学修饰的碳纳米管膜酒敏特性大大提高.     

不锈钢衬底碳纳米管薄膜的场发射特性

不需要添加任何催化剂,直接在含有少量Ni和Cr成分的不锈钢衬底上,用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法沉积碳纳米管薄膜.在SEM下观察,生成的碳纳米管取向无序,但浓度大、杂质含量少、直径小且分布均匀,其直径在50～60 nm,为多壁碳纳米管.Raman光谱实验证实了此碳纳米管中存在大量缺陷.场发射实验表明,本样品的开启电压低,电子发射均匀,发射电流大.当用ITO玻璃作阳极且场强为11 V/μm时,电流密度可达到31 mA/cm2;当用荧光粉包覆的ITO玻璃作阳极且场强为6 V/μm时,电流密度可达到1.25 mA/cm2,这时的电子可稳定发射,使该样品变成良好的电子发射体.