碳纳米管冷阴极材料制备及其场发射性能研究

在场发射显示器技术领域,碳纳米管被认为是目前最有前途的场发射冷阴极材料之一。碳纳米管具有低的场发射阈值电场,高的发射电流密度使它们比传统的热阴极材料以及其他的场发射冷阴极材料更适于实际的技术应用。介绍了碳纳米管的制备方法和场发射原理,并对碳纳米管的场发射性能研究进行了综合的评述。     

Improved field emission characteristic of carbon nanotubes by an Ag micro-particle intermediation layer

An efficient way to improve field emission characteristic of carbon nanotubes (CNTs) through an Ag micro-particle intermediation layer is presented. In this way, the intermediation layer is deposited on an indium tin oxide glass substrate by electrochemical method and then the CNTs are covered onto surface of the intermediation layer by electrophoretic method as CNT field emitters. The field emission characteristic of the CNT field emitters with the intermediation layer is significantly improved compared to the one without the intermediation layer, including decreased turn-on electric field from 4.2 to 3.1 V/μm and increased emission current density from 0.224 to 0.912 mA/cm² at an applied electric field of 6 V/μm. The improved field emission characteristic may be attributed to gibbous surface of the CNT field emitters. This efficient way is much simple, low cost, and suitable for production of large scale CNTs–based field emission cold cathode.     

碳纳米管场致发射阴极浆料的研制

通过筛选阴极浆料中的载体、不同种类的粘结剂和添加剂,开发出具有优良场致发射性能的大面积、低成本丝网印刷复合阴极浆料并烧结制成阴极。结果表明:在电场强度为3.2V/μm下其电流密度约为42×10–3A/cm2,场发射均匀性很好,二极管型发光板发光亮度为625cd/m2。该阴极适用于制作大面积的CNT-FED阴极和液晶显示器的背光源。     

电泳法制备平栅极碳纳米管场发射阴极及场发射特性研究

采用电泳法在ITO玻璃基板上选择性制备了碳纳米管(CNTs)阴极薄膜,采用电子扫描(SEM)分析了CNTs薄膜的表面形貌,并测试了碳纳米管阴极的场致发射特性.结果表明,利用电泳法制得的碳纳米管阴极薄膜均匀性、致密性良好,且具有较大发射电流密度;通过控制共面栅控CNTs场发射阴极的栅极电位能够有效控制阴极的场发射电流密度...     

碳纳米管的场发射特性研究

主要探讨碳纳米管场发射特性的理论,希望能将碳纳米管所拥有的绝佳场发射结果应用在场发射显示器与其他电子元件上。本文首先对碳纳米管的场发射特性进行了理论分析与应用价值的讨论,由分析可以看出,碳纳米管的场发射特性是会受到彼此间屏蔽效应的影响的。最后,本文分析归纳出与碳纳米管场发射特性相关的各种因素,这对日后研究碳纳米管在场发射显示器上的应用会有不错的帮助。     

碳纳米管场发射显示器特性测试方法的研讨

通过低压化学气相沉积法在硅片上制作碳纳米管薄膜阴极,用真空荧光显示器的封装工艺,制备了碳纳米管场发射显示器样管。改变常用的驱动电源电压测试为器件电压测试,得到非常理想的伏安特性曲线和发光特性曲线。从测试结果分析可知,直接测量碳纳米管场发射显示器的器件电压和测试电源驱动电压所得结果是不同的,用后者代替前者不够合理。从电子场发射的角度看,实际的碳纳米管场发射伏安特性曲线应比测试的伏安曲线更陡。     

场致电子发射阴极及其制备方法的研究

文章对石墨、金刚石、非晶碳及碳纳米管等常用场发射冷阴极材料的结构、在场发射方面的应用和发展进行了介绍和分析,认为碳纳米管是场发射冷阴极的首选材料。并结合其原理和性能对电弧放电法、脉冲激光熔蒸法、化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法等场发射阴极制备方法进行了探讨,认为等离子增强化学气相沉积法因可以实现低温原位生长而具有较好的发展趋势。     

Enhanced field emission from printed CNTs by high-temperature sintering and plasma bombarding in hydrogen

A novel post-treatment, including high-temperature sintering and plasma bombarding in hydrogen ambient, was performed intentionally to improve the field emission capability and stability of screen-printed carbon nanotubes (CNTs). With this treatment, the organic bonding material covering on the CNTs was preferentially removed. And the CNTs were wetted and filled by silver at the interface between the CNTs and silver electrode so that a reliable ohmic contact was achieved. These effects improved the field emission capability and stability of CNT cathode. Moreover, the equal-high CNT emitters, after the removal of the excessively protruded CNT tips/or arches, would improve the luminescence uniformity. It is suggested that a high-temperature sintering and plasma bombarding in hydrogen may be a key technology for the commercialization of CNT field emission display.     

三极FED分段复合衬底电极的特性和制作

结合丝网印刷技术、烘烤工艺和烧结工艺,采用印刷ZnO层和银浆层相结合的方案,进行了分段复合衬底电极的制作。该分段复合衬底电极能够降低无效的阴极电压降,增强三极场发射显示器的发光亮度并改善其发光均匀性,且制作成本低廉。分段复合衬底电极避免了过长过细衬底电极现象,促使碳纳米管提供更多电子,同时有效改善了碳纳米管的场发射均匀性。利用碳纳米管作为阴极材料,进行了三极场发射显示器的研制,并进行点阵图像显示,从而证实了这种分段复合衬底电极制作工艺的可行性。与普通银电极场发射显示器相比,分段复合衬底电极场发射显示器能够将开启场强从1.92 V/μm降低到1.81 V/μm,其最大场发射电流由1 332.5μA提高到2 137.8μA,具有典型的场致发射特性以及优良的图像发光均匀性。     

场发射显示器阴极结构的发展

场发射显示器（FED）集传统的阴极射线管显示（CRT）与液晶显示器（LCD）的优点于一身,具有很大的发展潜力,有望成为数字电视时代显示器件的主流。文章详细论述了电子场发射的原理．从F—N公式出发探讨了FED阴极材料的选取和阴极结构设计的原则,最后论述了FED阴极结构的发展。     

电泳法制备场发射阴极的性能优化研究

电泳法是一种新型的大面积碳纳米管场发射阴极制备方法。文章在成功地用电泳法制备了适用于场发射显示器的碳纳米管阴极基础上,通过选用不同的碳纳米管原料、改变电泳条件等方法,进一步优化碳管阴极的性能。使用不同方法制备的碳纳米管配置电泳液,由于制备方法和碳管本身的特性,管子在电泳溶液中呈现不同的分散性。碳管管径较粗时由于表面自由能相对小,所以碳管在溶液中不易形成团聚物,电泳沉积的阴极会均匀平整;管径小的碳管则由于容易团聚,需要加入表面活性剂来改善其在电泳溶液中的分散性。场发射特性和发光显示图实验结果发现,即使得到相同均匀平整的阴极,但是由于碳管本身的发射能力的差异性最终导致电泳沉积得到的阴极的场发射特性的不同。另外,电泳的实验条件也会对沉积的阴极的场发射性能和形貌产生影响。在不同电泳直流电压条件下,碳管薄膜的密度分布和厚度不同,呈现出不同的场发射能力,结果表明当电压值在25V时可以得到性能最佳的场发射阴极。     

Field Emission From Hydrothermally Grown ZnO Nanoinjectors

An injector-like nanostructure of ZnO fabricated by hydrothermal method was tested for field emission (FE) properties. The turn-on field of 3.8 V/mum was obtained at a current density of 0.1 muA/cm². Above the turn-on field, the emission current density quickly raised up to 1 mA/cm² at about 12.8 V/mum. The field enhancement factor beta was estimated to be 2556 and 1226 in the low and high field regions, respectively. The two-slope FE behavior was attributed to the adsorbates and defects which were introduced in the fabrication process in aqueous solution at low temperature. The good FE properties of the ZnO nanoinjectors indicate that they are applicable as low-cost and low-temperature cathode materials for FE-based devices.     

应用于LCD的平栅型碳纳米管场致发射显示器背光源的研制

采用磁控溅射、光刻和湿法刻蚀技术制备平栅型场发射阴极阵列,利用电泳将碳纳米管(CNT)发射源沉积在阴极表面,将阴极板和阳极板封接后制成51cm单色平栅型CNT场致发射显示器(CNT-FED),作为背光源模板应用于49 cm液晶显示器(LCD)器件中.场发射测试表明,器件在阳极电压3 500V、栅极电压290 V时,阳极...     

碳纳米管蒸发特性及其对场发射性能的影响

为了探究场发射阴极电流的跌落机制,采用四极质谱仪分析的方法研究高温蒸发对阴极场发射性能的影响。实验结果表明：碳纳米管阴极在1173 K以上温度时开始蒸发出碳;在1373 K高温下连续蒸发100小时,碳纳米管阴极的开启场强增加21.7%,阈值场强增加31.7%,增强因子减小16.2%,功函数增加11.9%。扫描电镜（SEM）和能量色散X射线光谱仪（EDX）分析显示：增大的功函数和减小的场增强因子降低了阴极的场发射性能。阴极材料的蒸发是阴极电流跌落的重要原因。     

场发射显示器阴极材料的发展

文章介绍了显示器件的发展现状,场发射显示器（FED）是显示领域内有发展潜力的一种平板显示器。有望成为数字电视时代的主流显示器件。阴极技术是FED的关键技术,文章还分析了FED的工作原理,并详细论述了FED阴极材料的应用与发展。     

碳纳米管薄膜的电泳沉积及其场发射性能研究

利用电泳沉积法在铝片上制备了碳纳米管薄膜冷阴极。通过扫描电镜、Raman光谱观察分析了表面形貌和结构,并对场发射性能进行了测试。经过研磨处理的碳纳米管薄膜样品,开启电场为2V／μm,当电场强度为4V／μm时电流密度达到2600μA／cm^2,发光点密度大于10^4／cm^2。     

平面栅型FED的模拟研究

采用ANSYS有限元分析软件对平面栅型场致发射显示器（FED）的阴极表面电场进行了模拟分析。通过研究栅极宽度、阴栅间隙及阴极宽度对阴极表面电场分布的影响．结果表明平面栅型FED为边缘发射型器件,阴极宽度的改变对阴极表面电场整体影响明显．而阴栅间隙是影响阴极边缘电场分布的主要因素。     

场发射显示技术的发展状况

介绍了微尖阵列、碳纳米管、表面传导、弹道式电子发射、薄膜内场致发射以及类金剐石薄膜等几种场发射显示技术的发射特性，分析了场发射的工作机理。讨论了国内外场发射技术发展状况与它们在技术、材料、工艺等方面的瓶颈。展望了几种场发射显示器的市场产业化前景以及加快我国在场发射技术方面的研究步伐的建议。     

新型前栅极CNT-FED的研究

传统的前栅极场致发射显示板由于介质层和栅极的制作在生成或制作阴极场致发射源之后，在制造过程中容易破坏场致发射源；另外阴极发射对介质层厚度、阳极电压和调制极开口等参数非常敏感，所以器件的发射均匀性难以保证。为了解决这些问题，引入了类似HOP玻璃的结构。阴极上只需要丝印碳纳米管，无需制作介质层和栅极，解决了场致发射源被破坏的问题。阴极与栅极之间真空取代了介质层，由于真空的绝缘性能高于介质层，所以阴极与栅极之间的距离可以减小，栅极的调制效果更显著。由于玻璃的平整度高于一般方法制作的介质层的平整度，所以器件的发射均匀性比较好。     

场致发射显示领域专利分析

由于优异的显示特性,场致发射显示器被认为是最有发展前景的平板显示器件之一.分析场致发射显示领域的专利有助于了解该领域的技术发展动态.通过检索欧洲专利局的专利数据库,对筛选出的主要场致发射领域相关的专利进行统计分析,讨论了美国、日本、韩国、中国等的厂商在场致发射显示领域技术的发展现状和未来发展趋势,着重研究了我国场致发射显示领域专利的发展趋势和存在的问题.