碳纳米管冷阴极电子枪的电子光学设计

基于皮尔斯电子枪设计理论,提出了一种碳纳米管场致发射阴极电子枪的电子光学设计方案。电子枪阴极半径为0.5 mm,保持阴阳极电压不变,动态调整栅极电压,并利用计算机技术仿真软件（CST）对其进行仿真优化研究;结果表明,栅极最佳电压值为-14 kV,对应阴极发射电流为15.08 mA,阳极处电子束半径约为0.1 mm。研究为碳纳米管冷阴极栅极结构的设计提供了一种新的思路。     

碳纳米管冷阴极Pierce电子枪

为发展场致发射冷阴极毫米波电真空辐射源器件, 对利用大面积碳纳米管冷阴极产生大电流、高电流密度电子注的电子光学系统进行了研究.通过在Pierce电子枪阴极表面引入栅网结构, 解决了碳纳米管冷阴极场致发射所需的强电场和电子聚束问题.在碳纳米管冷阴极实验测试数据的基础上, 采用粒子模拟软件对上述电子光学系统进行了仿真.研究了栅网对注电流、注腰半径和电子注散射的影响, 分析了阳极电压和外加轴向磁场对电子注的聚束作用.优化后的仿真结果表明在阴极发射面为3.03 cm2时, 该电子光学系统能够产生210 mA、60 kV, 电流密度为6.7 A/cm2, 最大注半径为1mm的电子注.     

冷阴极技术及其在大功率真空电子器件中的应用

场致发射阴极作为重要的电子源之一,在真空电子器件的发展进程中扮演了重要的角色。在与固态器件的竞争中,真空电子器件朝大功率高频方向持续发展,场致发射阴极的应用使其在器件尺寸、可靠性、功耗和工作频率等方面具备了较大的改进空间。本文综述了近年来大电流场致发射阴极技术进展,特别介绍了碳纳米管场致发射阴极的发展。试验表明在直流测试条件下,该类型场致发射阴极发射电流密度已可达到A/cm2量级,且可以实现长寿命高稳定发射,未来在场致发射阴极微波放大器、自由电子激光器和新型中子源等方面将有广泛的应用前景。     

填充材料与后处理对印刷型碳纳米管冷阴极的影响

采用丝网印刷法制备了由不同填充材料组成的碳纳米管冷阴极,并采用电场处理来改善其场致发射性能.采用扫描电子显微镜对处理前后样品的表面进行表征,结果表明了电场处理会使阴极中的碳纳米管暴露出来.通过优化填充材料并结合阴极的后处理,我们得到了低电压工作下的均匀发射,并实现了在二极结构场发射显示器中的可寻址显示.     

冷阴极X射线管关键部件的设计与仿真

利用CST粒子工作室软件设计仿真了一种高电子通过率冷阴极微焦点X射线管。重点分析X射线管阴极结构、栅网和聚焦极的结构与电压、阳极电压等关键因素对电子束聚焦束斑的影响,特别是设计了一种独特的阴极凹槽结构,使阴极电子束发射的散角减小了21.84°,并使电子枪通过率从54.3%增加至74.59%。在此基础上设计的碳纳米管X射线管在阳极电压为70 kV时,电子通过率可达到75%,电子束焦点约为56 μm,聚束比为5∶1,可为冷阴极微焦点X射线管的设计和加工提供参考。     

碳纳米管的场发射特性

研究了碳纳米管的场致发射特性，实验证明碳纳米管作为场发射阴极材料具有优越性。通过对碳纳米管进行温度处理，得到了与基片附着力强的碳纳米管；测试了场发射特性，发现碳纳米管其开启电压较低(30V)。     

大面积碳纳米管冷阴极的制备与研究

针对碳纳米管(CNT)阴极场发射均匀性这一关关键难题，根据CNT场发射理论制备了一种新型碳纳米管阴极印刷浆料，实验表明：质量分数约为20％的纯化CNT与4．2％的导电氧化物粘接材料混合形成的印刷浆料，其阴极具有较佳的发射均匀特性，用丝网印刷技术制作成的大面积(对角线长度大于12．5cm)阴极，再经过快速烧结技术及两步后处理工艺，既能除掉粘接材料又能使CNT很好地与衬底固定，并使碳纳米管部分直立和充分暴露，进一步改善了发射均匀性，该均匀发射的阴极开启场为2．0V／μm在电场强度阴极可望应用于场致发射显示器，液晶显示的背光源、电光源等器件。     

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。     

碳纳米管场电子发射性能不稳定性的分析

利用等离子体增强热丝化学气相沉积制备了多壁碳纳米管,并测试了它的场电子发射性能,发现碳纳米管的场电子发射性能在测量过程中发生了变化.利用X射线能谱仪对碳纳米管进行了表征,结果表明氧吸附在碳纳米管上.氧的吸附导致了碳纳米管的功函数发生了变化,造成碳纳米管场电子发射性能不稳定.同时,本工作还分析了氢的吸附可能对碳纳米管场电子性能的影响.因此,本工作对碳纳米管在微电子领域的应用有一定的意义.     

场致发射阵列阴极电子枪的设计及模拟研究

讨论了微波管用电子枪的一般参数和要求，对于在微波管中应用场发射阵列阴极电子枪的情况作了分析，表明其中存在的主要问题是电子注散焦。通过比较场发射电子注聚焦的几种方法，利用传统电子枪整体聚焦的思想，初步设计了一个场发射阵列阴极电子枪模型，它包括场致发射阵列阴极，一个Whelnelt电极，一个聚焦电极和一个阳极。通过利用Mafia软件对电子注轨迹的模拟计算，对电子枪的聚焦部分进行了改进。     

大电流密度碳纳米管阴极的生长及场发射性能研究

研究了碳纳米管作为大电流密度场发射阴极的CVD生长情况与场发射性能。结果表明,通过CVD生长的碳纳米臂的直径与催化剂颗粒的直径相近,其生长方向是随机的。根据薄膜厚度与催化剂颗粒的关系,认为通过控制催化剂薄膜的厚度可能会达到调节碳纳米管直径的目的。在实验中获得的碳纳米管具备了良好的场发射性能,在直径为0．13mm的圆形面积上获得的碳纳米管场发射平均电流密度达到1．28A／cm^2。     

纳米碳管的电子衍射及其螺旋度测量

本文对电弧放电和催化剂热解碳氢气法制备的多层直形纳米碳管的倒空间及其螺旋度，采用电子衍射进行了研究。结果表明：尽管制备方法不同，两类多层管的结构相似，皆由螺旋和非螺旋的单层石墨管组成；对其倒空间的分析以及系列倾转电子衍射实验证明，衍射图中测得的表观螺旋度值随和射条件而改变，只有在垂直入射条件下该值才代表碳管的真实螺旋度；     

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。     

用探孔场发射显微镜研究单壁碳纳米管的场发射

探孔场发射显微镜可以观测样品的场发射图象,又能测量局域场发射电流和总场发射电流与电压的关系.本文利用具有二维调节探孔位置的场发射显微镜装置测量了单壁碳纳米管场发射图象不同区域、不同吸附状态和经过热处理后的I-V特性.     

非晶碳和碳纳米管混合薄膜的场发射性能

利用微波等离子体化学气相沉积法在不锈钢衬底上直接合成非晶碳和碳纳米管混合薄膜.采用氢气和甲烷作为反应气体,流量分别为100和16sccm.沉积室内的压强为5.0kPa.利用场发射扫描电镜(SEM)和喇曼谱(Raman)对制备的薄膜的结构和形貌进行了分析.场发射实验在5×10-5Pa的真空下进行.实验结果表明:制备的非晶碳和碳纳米管混合薄膜开启电场较低,仅有0.9V/μm;在电场为3.7V/p.m时电流密度达到4.0mA/cm2,发射点密集,分布均匀.表明此种材料是一种优良的场发射冷阴极材料.     

Semiconducting Carbon Nanotubes for Improved Efficiency and Thermal Stability of Polymer–Fullerene Solar Cells

The effects of the incorporation of semiconducting single‐walled nanotubes (sc‐SWNTs) with high purity on the bulk heterojunction (BHJ) organic solar cell (OSC) based on regioregular poly(3‐hexylthiophene‐2,5‐diyl):[6,6]‐phenyl‐C₆₁‐butyric acid methyl ester (rr‐P3HT:PCBM) are reported for the first time. The sc‐SWNTs induce the organization of the polymer phase, which is evident from the increase in crystallite size, the red‐shifted absorption characteristics and the enhanced hole mobility. By incorporating sc‐SWNTs, OSC with a power conversion efficiency (PCE) as high as 4% can be achieved, which is ≈8% higher than our best control device. A novel application of sc‐SWNTs in improving the thermal stability of BHJ OSCs is also demonstrated. After heating at 150 °C for 9 h, it is observed that the thermal stability of rr‐P3HT:PCBM devices improves by more than fivefold with inclusion of sc‐SWNTs. The thermal stability enhancement is attributed to a more suppressed phase separation, as shown by the remarkable decrease in the formation of sizeable crystals, which in turn can be the outcome of a more controlled crystallization of the blend materials on the nanotubes.     

非晶碳和碳纳米管混合薄膜的场发射性能

利用微波等离子体化学气相沉积法在不锈钢衬底上直接合成非晶碳和碳纳米管混合薄膜.采用氢气和甲烷作为反应气体,流量分别为100和16sccm.沉积室内的压强为5.0kPa.利用场发射扫描电镜(SEM)和喇曼谱(Raman)对制备的薄膜的结构和形貌进行了分析.场发射实验在5×10-5Pa的真空下进行.实验结果表明:制备的非晶碳和碳纳米管混合薄膜开启电场较低,仅有0.9V/μm;在电场为3.7V/p.m时电流密度达到4.0mA/cm2,发射点密集,分布均匀.表明此种材料是一种优良的场发射冷阴极材料.     

提高碳纳米管阴极膜场发射特性的研究

通过研究多步印刷制备的多层碳纳米管(CNTs)厚膜的场发射性能,发现开启电场随印刷次数增加而增加,二次印刷膜具有最好的场发射特性。微观特性研究表明,两步印刷制作的CNTs膜在热处理后界面间形成了良好的匹配结构,且底层膜与基底接触面积增加,从而增加了膜层导电性和形成欧姆接触的几率,并且提高了平均场增强因子。四种不同成分的CNTs膜一致显示两步印刷显著提高了CNTs阴极膜的场发射电流及发光均匀性。