碳纳米管／二氧化硅复合材料制备及场发射特性研究

采用溶胶-凝胶法制备了碳纳米管／二氧化硅复合材料，并对复合材料的场发射特性进行了研究，结果表明：复合材料有很好的场发射特性，含有10％（质量分数）CNTs的复合材料开启场较低（0．98V／μm）。研究了用稀HF溶液处理复合材料表面后场发射性能，发现场发射性能明显改善，开启场由0．98V／μm下降到0．73V／μm，发射电流为1mA／cm^2时的电场由2．1V／μm下降到1．0V／ μm。研究表明碳纳米管／二氧化硅复合材料非常适用于场发射平面显示器中的阴极。     

纳米金刚石掺混对碳纳米管薄膜场发射性能的影响

为了提高碳纳米管（CNT）阴极膜的场发射均匀性和稳定性,同时改善CNT膜的制作过程,本文提出一种掺混纳米金刚石（D）制作高性能丝网印刷CNT膜的方法．通过掺混碳相纳米金刚石,形成结构匹配的CNT／D复合膜,CNT膜内的间隙势垒减少,发射体分散更均匀,膜层与基底接触面积增加;同时,结合纳米金刚石的负电亲和势和场发射特性,可有效提高CNT阴极膜的导电性,增大有效发射体的密度．场发射特性测试表明CNT／D复合膜能得到1．89V／μm的低开启电场,在2．8V／μm场强下,场发射电流密度远高于普通CNT膜,达到463μA／cm2,与普通CNT阴极膜相比,CNT／D复合膜的场发射稳定性显著提高,在400℃热处理后CNT／D膜激发阳极发光更均匀．     

碳纳米管/二氧化硅复合材料制备及场发射特性研究

采用溶胶-凝胶法制备了碳纳米管/二氧化硅复合材料,并对复合材料的场发射特性进行了研究,结果表明:复合材料有很好的场发射特性,含有10%(质量分数)CNTs的复合材料开启场较低(0.98V/μm).研究了用稀HF溶液处理复合材料表面后场发射性能,发现场发射性能明显改善,开启场由0.98V/μm下降到0.73V/μm,发射电流为1mA/cm2时的电场由2.1V/μm下降到1.0V/μm.研究表明碳纳米管/二氧化硅复合材料非常适用于场发射平面显示器中的阴极.     

植布法制备镍基碳纳米管场发射阴极及其性能研究

提出了一种新型的制备碳纳米管场发射阴极的方法———植布法,详细描述了植布法工艺,并用扫描电镜观察植布法得到的样品的表面形态,讨论了球磨工艺、碳管和聚合物分散剂不同质量配比,及聚合物介质刻蚀时间的长短对最终场发射阴极性能的影响。实验表明植布法制备的场发射阴极具有良好的场发射性能,如低的开启电压（约为1.7V/μm）,高的电流密度（在3.6V/μm下,电流密度可以达到26mA/cm2）。该方法结合了传统直接生长和丝网印刷法制备碳纳米管阴极的优点,实现了碳纳米管与金属基底可靠结合的结构,广泛适用于以该结构作为核心功能单元的器件。     

基于CVD直接生长法的碳纳米管场发射阴极

碳纳米管(CNT)场发射阴极具有启动快、分辨率高、寿命长、功耗小等优点,在多种真空电子设备与器件上,包括平板显示器、真空测量、微波管、X射线管等得到了应用。本文讨论了碳纳米管阴极的主要制备方法以及存在的问题,介绍了基于化学气相沉积法和阳极化工艺、在含催化金属基底直接制备碳纳米管冷阴极所具有强附着力特点,以及应用在X射线管等强流真空电子器件上的优势。文章介绍了在不锈钢基底直接生长CNT阴极的场发射性能,其开启电场为1.46 V/μm。与常规催化金属镀膜层上生长的CNT阴极相比,大电流发射与稳定性显著提高。金属基底阳极化工艺显著改善碳纳米管结构与场发射性能。直径2 cm的不锈钢基底上生长的CNT具有晶体性好、分布均匀等特点,场发射性能提高。在镍基底上生长的CNT阴极电流密度可以达到500 mA/cm~2以上。     

一种植入玻璃表面的碳纳米管电极及其场发射性能研究

实现了一种通过水玻璃粘结剂将碳纳米管植入玻璃基底表面并呈现均匀"植布"效果的场发射电极。通过低温工艺固化碳纳米管形态,并保证高选择比的湿法刻蚀工艺,实现碳纳米管端部刻蚀露出作为场发射源,而根部植入水玻璃粘结介质中的分散植布效果。通过高温强化工艺,在碳纳米管与粘结剂结合界面形成1层稳定的-Si-O-薄膜,增加碳纳米管与阴极薄膜的结合力,提高其场发射性能。高温强化后电极开启电压由1.52V/μm降至0.74V/μm明显降低。同时,在外加场强2.3V/μm时,可以得到大于233μA的稳定场发射电流持续发射40h。     

一种提高碳纳米管场发射特性方法

针对碳纳米管场发射显示器亮度低、发光均匀性差的问题,提出了氧化锌掺杂的方法.通过将氧化锌(ZBO)颗粒和碳纳米管(CNTs)及其他有机物按比例配成浆料,丝网印刷制作了阴极试样.场发射特性研究结果表明:与具有同样印刷面积的普通CNT试样比较,掺杂试样的开启电场从1.70 V/μm降低到1.17 V/μm;在2.05 V/μm场强下发射电流从185μA上升到510μA.且掺杂氧化锌试样具有较好的发射稳定性和均匀性.通过微观表征和特性测试,初步推断场发射特性的提高的原因:由于混合掺杂试样中氧化锌地填充在碳纳米管之间或者覆盖在顶上,提高了膜层导电性,改善了发射体的热传导性,且增加了有效发射体密度.     

电泳淀积图形化碳纳米管场发射阴极及其场发射特性研究

基于电泳和半导体工艺,制备了图形化的碳纳米管场发射阴极。用较高的电场激活碳纳米管薄膜,使得碳纳米管的场发射特性有了很大的改善,讨论了这一激活过程的物理机制。研究表明,这一激活过程可能的物理机制一方面是由于碳纳米管薄膜表面形貌发生了变化,增大了碳纳米管的场增强因子;另一方面是由于碳纳米管表面吸附的气体脱附,降低了碳纳米管的表面功函数。电场激活处理后,碳纳米管薄膜的开启电场为2.1 V/μm,应用电场为6 V/μm时,电流密度达到1.19mA/cm2。该图形化的碳纳米管场发射阴极可以应用到高分辨率场发射显示器。     

碳纳米管场发射阴极的制备及其场发射特性

采用电泳法将碳纳米管组装到电化学淀积的银台阵列上作为场发射阴极并研究了它的场发射特性.场发射特性测试结果表明:该阴极具有优异的场发射特性,开启电场为2.8V/μm,在应用电场为5.5V/μm时,发射电流密度达到1.7mA/cm2.具有优异的发射性能的原因可以归结到银台的边缘和银台类山状的表面增强了碳纳米管的场致电子发射.该阴极制备工艺简单、发射特性优异,且容易实现大面积制备,可以应用到大面积场发射显示器件中.     

碳纳米管表面化学镀银及场发射性能研究

利用化学镀方法对碳纳米管(carbon nano-tubes,CNTs)表面金属化镀银,研究表面化学镀银碳纳米管的场发射性能。碳纳米管经氧化处理后,表面存在一些羰基(CO)、羧基(—COOH)和羟基(—OH)等活性基团,经敏化、活化处理后,形成金属钯活化中心,进而还原金属银离子,从而获得表面化学镀银的碳纳米管。表面化学镀银碳纳米管阴极的开启电场约为0.19V/μm,当电场强度为0.37V/μm时,最大发射电流达6mA/cm2,场增强因子约为25565。实验结果表明,化学镀银层可以提高碳纳米管的电子传输和热传输能力,提高碳纳米管的场发射电流和发射稳定性,有利于碳纳米管在场发射平板显示领域的应用。     

碳纳米管和镓掺杂碳纳米管场发射性能研究

采用催化热解方法分别 制备出碳纳米管和镓掺杂碳纳米管, 并利用丝网印刷工艺将其制备成纳米管薄膜. 对此薄膜进行低场致电子发射测试表明, 碳纳米管和镓掺杂纳米管开启电场分别为2.22和1.0V/μm, 当外加电场为2.4V/μm, 碳纳米管发射电流密度为400μA/cm², 镓掺杂纳米管发射电流密度为4000μA/cm². 可见镓掺杂碳纳米管的场发射性能优于同样条件下未掺杂时的碳纳米管. 对镓掺杂纳米管场发射机理进行了探讨.     

高场发射性能碳纳米管薄膜的沉积与表征

利用电泳法将碳纳米管（CNTs）沉积在表面镀覆了50～150 nm Ti薄膜的Si基底表面,900℃真空退火后形成了具有良好场发射性能的Ti-CNTs薄膜阴极.利用X射线衍射和扫描电子显微镜对制备的Ti-CNTs薄膜进行了表征.结果表明,高温退火过程中,CNTs的C原子和基底表面的Ti原子发生化学反应,在CNTs与基底之间形成了导电性钛碳化物,明显改善了CNTs与基底之间的电导性和附着力等界面接触性能;与Si基底表面直接电泳沉积的CNTs薄膜相比,制备的Ti-CNTs薄膜的开启电场从1.31 V/μm降低到1.19 V/μm;当电场强度为2.50 V/μm时,Ti-CNTs薄膜的场发射电流密度可达13.91 mA/cm^2;制备的Ti-CNTs薄膜显示出改善的发射稳定性.     

Mg掺杂ZnO纳米棒阵列的场发射性能研究

采用水热法在硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)与硝酸镁(Mg(NO3)2·6H2O)的生长液中制备了Mg掺杂的Mg/ZnO(MZO)纳米棒,其中生长液中Mg2+的物质的量浓度c(Mg2+)分别为0.05 mol/L、0.10 mol/L、0.25 mol/L和0.50 mol/L.利用场发射电子显微镜(FESEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、光致发光谱(PL)测试及场发射测试对所制备的MZO纳米棒的表面形貌、成分、晶体结构、光学性能及场发射性能进行了研究.结果表明:随着生长液中c(Mg2+)的增加,MZO纳米棒的直径逐渐减小、缺陷逐渐增加;且掺入的Mg含量与c(Mg2+)并不成正比关系;当生长液中的c(Mg2+)为0.10 mol/L时,所制备的MZO纳米棒的场发射性能最好,其开启场强为2.85 V/μm.     

Enhanced field emission properties of vertically aligned double-walled carbon nanotube arrays

Vertically aligned double-walled carbon nanotube (VA-DWCNT) arrays were synthesized by point-arc microwave plasma chemical vapor deposition on Cr/n-Si and SiO(2)/n-Si substrates. The outer tube diameters of VA-DWCNTs are in the range of 2.5-3.8?nm, and the average interlayer spacing is approximately 0.42?nm. The field emission properties of these VA-DWCNTs were studied. It was found that a VA-DWCNT array grown on a Cr/n-Si substrate had better field emission properties as compared with a VA-DWCNT array grown on a SiO(2)/n-Si substrate and randomly oriented DWCNTs, showing a turn-on field of about 0.85?V?μm(-1) at the emission current density of 0.1?μA?cm(-2) and a threshold field of 1.67?V?μm(-1) at the emission current density of 1.0?mA?cm(-2). The better field emission performance of the VA-DWCNT array was mainly attributed to the vertical alignment of DWCNTs on the Cr/n-Si substrate and the low contact resistance between CNTs and the Cr/n-Si substrate.     

Synthesis of carbon nanotubes at low temperature by filament assisted atmospheric CVD and their field emission characteristics

Multiwalled carbon nanotubes (MWNTs) were synthesized using a hot filament assisted chemical vapor deposition (CVD) at the atmospheric pressure at a substrate temperature of 550 °C. The size of nanotubes was controlled by changing the size of catalyst particles. The structure and composition of these nanotubes were investigated using scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and Raman spectroscopy. The electron field emission current of MWNTs was also measured. It was found that the nanotubes with smaller the diameter had higher the emission current levels though synthesis conditions except catalyst particles were the same. These as-grown MWNTs had emission current densities of 6.5 mA/cm² and 2.5 mA/cm² at 1 V/μm for 5-8 nm and 20 nm size carbon nanotube samples, respectively. The results indicated that the MWNTs synthesized had low emission threshold voltages and high emission current levels that are favorable properties for field emission-based display device applications.     

Enhanced field-emission from a mixture of carbon nanotubes, ZnO tetrapods and conductive particles

We report the enhancement of field-emission current from a mixture of carbon nanotubes, ZnO tetrapod-like nano structures, and conductive particles. Carbon nanotubes are deposited on the electrode as the field emitters. A MgO layer is printed around the cathode electrode, and ZnO tetrapod-like nano structures are deposited on this layer for the generation of secondary emission electrons. A few conductive particles are also distributed on the MgO layer by spraying or screen-printing. These conductive particles enhance the transverse electric field around the cathode electrode. Consequently, more primary electrons emitted from the carbon nanotubes bombard on the ZnO tetrapods, and secondary emission electrons and scattered electrons are yielded. Finally, the field-emission current is enhanced obviously. As experimental results shown, a high field-emission current about 32 mA in a direct current emission mode has been obtained from a 0.5 cm2 emission site when an electric field of 9 V/microm is applied between cathode and anode. Compared with a conventional carbon nanotube cathode, the field-emission current has been improved about 80%.     

Field emission study of carbon nanotubes forest and array grown on Si using Fe as catalyst deposited by electro-chemical method

Vertically aligned carbon nanotubes are synthesized by Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) on Si substrate coated with Fe as a catalyst at a pressure of 20 Torr and at a growth temperature of 600 degrees C. The catalyst film is prepared by electro-chemical method which is very unique and a low cost method. Three precursor gases Acetylene (C2H2), Ammonia (NH3) and Hydrogen (H2) at the flow rate of 20 sccm, 100 sccm and 100 sccm respectively are allowed to flow through the Low Pressure Chemical Vapor Deposition reactor for 10 minutes. Scanning Electron Microscope (SEM) images show that synthesized CNTs are vertically aligned and uniformly distributed with a high density. Raman analysis shows G-band at 1574 cm(-1) and D-band at 1370 cm(-1). The G-band is higher than D-band, which indicates that CNTs are highly graphitized. The field emission measurement reveals good field emission properties of as-grown vertically aligned carbon nanotubes with turn-on field of 1.91 V/microm at the current density 10 mA/cm2. The field enhancement factor is calculated to be 7.82 x 10(3) for as-grown carbon nanotubes.     

基于碳纳米管薄膜构建场发射平面显示器的阴极结构

碳纳米管场发射平面显示器具有工作电压低、功耗低和制造成本低等优势,近年来基于碳纳米管场发射平面显示器的研究与应用研发已成为显示技术领域研究的热点之一,并已取得丰富成果。简要回顾了碳纳米管用于场发射的机理以及用于场发射平面显示器的优势,主要介绍了碳纳米管用于场发射平面显示器研究的一些进展和一些亟待解决的问题,包括碳纳米管阴极薄膜的制备、碳纳米管阴极工作稳定性与寿命的改进以及阴极结构的设计等,并展望了碳纳米管用于场发射平面显示器的发展前景。     

表面镀钛对金刚石薄膜场发射特性的影响

利用等离子体化学气相（MWPCVD）沉积法在Si（100）面上沉积了金刚石薄膜,采用SEM、AFM、XRD、Raman、XPS等方法对薄膜的结构及表面形貌进行了分析。为提高薄膜的场发射性能,在金刚石表面溅射了金属Ti,对比金刚石薄膜、金刚石／金属Ti复合薄膜的场发射性能,结果表明,金刚石／金属Ti薄膜的发射电流密度更大,且随着电场的增加电流密度急剧增加,开启电场低,约为3V／μm,当电场为25V／μm时发射电流密度可达到1400mA／cm2,并在机理上进行了一些探索,对金刚石／金属复合结构薄膜的场发射性能研究有重要意义。