碳纳米管场发射阴极阵列制备研究与进展

碳纳米管具有良好的电子发射特性,成为理想的场致发射阴极材料,碳纳米管阵列制备研究是碳纳米管平板显示应用的前提。介绍了碳纳米管阴极阵列制备技术如丝网印制法、CVD原位生长法、光刻法和自组织法等研究与进展,并从薄膜残留去除、CNTs膜微结构改变及sp3缺陷增加等方面概述了目前CNTs场发射性能优化的进展,指出了目前存在的问题并作了简单分析。     

碳纳米管复合材料场发射性能研究现状

碳纳米管具有管径小、长径比高的结构以及物理化学性能稳定等优良特性,被认为是真空冷阴极场发射电子源和场发射平板显示理想的阴极材料。加之碳纳米管兼具有机械强度高、韧性好等出众的力学性能,使其成为复合材料的理想添加相,将其与其他材料复合,可以制备出具有更加出众性能的复合材料。近年来有关碳纳米管及其复合材料场发射研究已成为一个备受关注的热点。概述了阴极场发射理论以及与碳纳米管场发射相关的几种场发射物理机制,介绍了碳纳米管复合场发射阴极的研究现状及制备方法,最后对碳纳米管复合阴极场发射的发展前景进行了展望。     

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.     

碳纳米管的制备及其场发射应用研究

由于碳纳米管（CNTs）具有独特的结构和性能，因而自被发现以来一直受到人们的关注。本文介绍了其制作方法；列举了其场发射性能的主要指标；阐述了影响其场发射性能的因素，比如结构、定向性、阵列密度和环境气氛；并介绍了其在平板显示方面的应用。     

应用于场致发射的掺杂纳米金刚石膜的研究

场致发射是一种新型显示技术,具有良好应用前景,场发射显示器的核心内容是场发射阴极材料,纳米金刚石由于低表面粗糙度、低场发射强度、高发射电流密度、大比表面积、网状结构以及高密度悬挂键等优秀电化学性能成为场发射的理想阴极材料.本文阐述了化学气相沉积法制备纳米金刚石薄膜的沉积装置、预处理和工艺参数,并介绍了金刚石掺杂机理和掺入元素的研究现状.     

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.     

电泳沉积制备平行栅碳纳米管场发射阴极的研究

利用磁控溅射、光刻、湿法刻蚀和电泳技术在玻璃基片上成功制备平行栅场发射阴极阵列,用光学显微镜、场发射扫描电镜和拉曼光谱观察了碳纳米管的形貌和结构,并测试所制备的平行栅碳纳米管阴极的场发射性能.光学显微镜和场发射电子显微镜测试表明,平行栅结构阴极和栅极交替地分布,同一个平面内,CNTs有选择性地沉积在平行栅结构中的阴极表...     

ZnO纳米棒/CNTs复合阴极的制备及其场发射性能的研究

采用水热法和喷涂法制备ZnO纳米棒/CNTs复合材料,并测试其场发射性能。首先采用水热法在ITO电极基面生长ZnO纳米棒阵列,随后通过喷涂技术在ZnO纳米棒阵列表面沉积碳纳米管(CNTs)。使用扫描电子显微镜和X-射线衍射分别表征样品的结构和形貌特征。结果表明,经喷涂沉积的CNT薄膜均匀地包裹在ZnO纳米棒尖端。对该复合材料采用二极结构测试其场发射性能,通过测试结果发现,ZnO纳米棒/CNTs复合材料可明显改善ZnO纳米棒阵列及CNT薄膜的场发射性能,该复合材料具有低开启电场强度(约0.96V/μm),高场增强因子(9881)。因此,ZnO纳米棒/CNTs复合材料是最有前景的场发射阴极材料之一。     

石墨烯在场发射器件中的应用与研究现状

场电子发射是一种独特的量子隧穿效应,也是真空微电子学的基础之一。基于场发射技术的冷阴极发射体一直被视为未来理想的电子发射阴极。石墨烯是一种具备单层碳原子结构的新型碳材料,其电子迁移率高、机械强度高、热导率高,具有稳定的物理化学特性,因此受到科研工作者的广泛关注。与此同时石墨烯具有较高的长径比(横向尺寸与厚度的比值),这一结构特性能够获得较大的场增强因子。石墨烯的上述特性使得其成为具有广阔应用前景的场发射阴极。本文主要综述石墨烯场发射理论的研究进展、石墨烯/石墨烯基场发射阴极的研究现状、场发射阴极结构以及场发射阴极的制备方法,并对场发射领域的石墨烯研究进行了展望。     

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。     

Enhanced Field Emission of WS2 Nanotubes

Results on electron field emission from free standing tungsten disulfide (WS₂) nanotubes (NTs) are presented. Experiments show that the NTs protruding on top of microstructures are efficient cold emitters with turn‐on fields as low as 1 V/μm and field enhancement of few thousands. Furthermore, the emission current shows remarkable stability over more than eighteen hours of continuous operation. Such performance and long‐term stability of the WS₂ cathodes is comparable to that reported for optimized carbon nanotube (CNTs) based emitters. Besides this, it is found that the WS₂ cathodes prepared are less sensitive than CNTs in chemical reactive ambients. The high field enhancement and superior reliability achieved indicates a potential for vacuum nanoelectronics and flat panel display applications.     

前栅极碳纳米管场发射显示板关键结构参数的研究

前栅极碳纳米管场发射显示板是一种常用的场致发射器件。该器件通过栅极与阴极之间形成的电场产生场致发射电子,在阳极高压的作用下,电子从电场中获得能量,轰击荧光粉产生可见光。本文采用模拟计算的方法研究了标准结构场发射区域内的电场分布、阴极表面的发射情况、电子轨迹和着屏束斑。并研究了关键结构参数在公差范围内变化对阴极发射特性和阳极着屏束斑的影响。计算结果显示,阴极发射状况和阳极束斑对结构参数的变化非常敏感,也证明了前栅极结构对工艺要求十分严格。     

Field emission characteristics from tapered ZnO nanostructures grown onto vertically aligned carbon nanotubes

Zinc oxide (ZnO) nanostructures were grown on vertically aligned carbon nanotubes (CNTs) using thermal chemical vapor deposition (CVD) to enhance the field emission characteristics. The shape of ZnO nanostructure was tapered. Scanning electron microscopy (SEM) image showed the ZnO nanostructures were grown onto CNT surface uniformly. The field electron emission of pristine CNTs and ZnO-coated CNTs were measured. The results showed that ZnO nanostructures grown onto CNTs could improve the field emission characteristics. The ZnO-coated CNTs had a threshold electric field at about 3.1 V/μm at 1.0 mA/cm². The results demonstrated that the ZnO-coated CNT is an ideal field emitter candidate material. The stability of the field emission current was also tested.     

缓冲层对碳纳米管强流脉冲发射特性的影响

为了研究缓冲层对碳纳米管薄膜(CNTs)强流脉冲发射特性的影响,采用酞菁铁高温热解方法分别在镀镍和不镀镍硅基底上生长了碳纳米管薄膜(Ni-CNTs和Si-CNTs),镍层采用化学镀方法制备,强流脉冲发射特性采用二极结构在单脉冲下进行测试。实验发现,通过引入镍缓冲层,CNTs的强流脉冲发射能力显著增强。在峰值为～10.4 V/μm的脉冲场强下,平均开启电场强度从Si-CNTs的5.0V/μm下降到Ni-CNTs的4.3V/μm,而峰值发射电流和电流密度从Si-CNTs的70A和3.5 A/cm2升高到Ni-CNTs的162 A和8.1 A/cm2,Ni-CNTs的峰值电流比Si-CNTs提高了1.3倍。     

后栅极场发射显示板结构参数在公差范围内变化对工作特性的影响

后栅极场发射显示板是一种常用的场致发射器件。该器件结构由阳极、阴极和栅极组成,并且栅极置于阴极背面。本文采用模拟计算的方法研究了标准结构场发射区域内的电场分布、阴极表面的发射情况、电子轨迹和着屏束斑。并研究了关键结构参数在公差范围内变化对阴极发射特性和阳极着屏束斑的影响。计算结果显示结构参数在公差范围内的变化对阴极发射状况,阳极束斑栅极调制特性的影响很小,进而证明了后栅极结构对工艺一致性要求较低。     

有机质掺杂碳纳米管阵列场发射性质的研究

碳纳米管(CNT)作为理想的场发射阴极材料,在场发射阴极阵列中的密度与阴极的场发射性能有着非常密切的关系。通过解拉普拉斯方程,得到碳管阵列密度对场增强因子的影响,同时通过对不同阵列密度的碳纳米管阵列进行有机质的填充解决了碳纳米管阵列在制备过程中的定向排列问题,并对所需碳管与有机质的质量比进行了理论计算,结果表明,阵列密度和管间距对碳管与有机质的质量比有很大影响。     

石墨烯含量对碳纳米管电极发射器结构和运行稳定性的影响

利用石墨烯电学特性与碳纳米管场发射特性,加入不同含量的石墨烯浆料并对比了各试样场发射特性与器件运行稳定性.实验测试研究结果表明:石墨烯对碳纳米管实现了良好的分隔作用,形成了更大的碳纳米管间隙,降低了电场屏蔽的程度.碳纳米管周围被石墨烯紧密填充,起到了良好的固定作用,能够使碳纳米管获得多级场发射效应.随着石墨烯加入量由2...     

Effect of catalyst thickness and plasma pretreatment on the growth of carbon nanotubes and their field emission properties

We demonstrated that the diameter and the density of carbon nanotubes (CNTs) which had a close relation to electric-field-screening effect could be easily changed by the control of catalytic Ni thickness combined with NH3 plasma pretreatment. Since the diameter and the density of CNTs had a tremendous impact on the field-emission characteristics, optimized thickness of catalyst and application of plasma pretreatment greatly improved the emission efficiency of CNTs. In the field emission test using diode-type configuration, well-dispersed thinner CNTs exhibited lower turn-on voltage and higher field enhancement factor than the densely-packed CNTs. A CNT film grown using a plasma-pretreated 25 angstroms-thick Ni catalyst showed excellent field emission characteristics with a very low turn-on field of 1.1 V/microm @ 10 microA/cm2 and a high emission current density of 1.9 mA/cm2 @ 4.0 V/microm, respectively.