图案化定向碳纳米管阵列的场发射性能研究

考虑到碳纳米管的几何形貌会在一定程度上影响其场发射性能,如驱动电场,发射电流强度等,因此本文设计了三种不同的几何图案,并采用热气相化学沉积（TCVD）法制备出了相应几何结构的定向碳纳米管阵列;通过模拟计算和场发射测试实验,我们对以上三种结构的场发射性能进行比较,发现具有规则六边形蜂窝形状的碳纳米管阵列具有最强的边缘效应,最小的屏蔽效应,以及相同电场下最大的发射电流。     

大规模制备定向排列的碳纳米管阵列

采用一种无模板的化学气相沉积法，在石英衬底上制备了大面积，高定向性、自支撑的碳纳米管阵列。二甲苯和二茂铁分别作为碳源和催化剂，连续进给到反应装置中，在一定温度条件下，碳纳米管自组织生成垂直于衬底方向的定向阵列。这种方法可以获得很高的生长速度，其最大长度可以达到几个毫米。拉曼光谱和高分辨透射电镜检测显示这种方法制备的碳纳米管具有较高的纯度和石墨化程度。     

酞菁裂解法制备定向碳纳米管阵列及其场发射性能研究

碳纳米管作为一种新型的光电材料有着广泛的应用,可用于平板显示器中的电子发射器件。定向碳纳米管阵列是碳纳米管的一种取向形态,具有其独特的性质。与缠绕无序的碳纳米管相比,定向碳纳米管更易分散、测量和应用。文章在低压条件下采用酞菁铁高温裂解法,在800～1000℃,以石英玻璃为基底,制备了大面积高度定向的碳纳米管。通过SEM和TEM对定向碳纳米管的结构进行分析。结果表明该法制备的碳纳米管长20μm,管径40～70nm,为竹节状结构的多壁碳纳米管。实验中发现系统真空度和生长温度都对定向碳纳米管生长有影响。通过对该碳纳米管进行场发射测试,结果表明此定向碳纳米管的开启电压仅为0.67V.μm-1(I=1μA),阈值电压为2.5V.μm-1,具有良好的场发射性能。     

四针状氧化锌/碳纳米管复合阴极的制备及其场发射性能研究

采用丝网印刷技术制备四针状氧化锌(tetrapod-liked zinc oxide nanoneedles, T-ZnO)场发射阴极, 通过向T-ZnO阴极表面电泳沉积碳纳米管(carbon nanotube, CNT)薄膜制备了T-ZnO/CNT复合阴极。扫描电子显微镜观察表明: 与T-ZnO阴极相比, T-ZnO/CNT复合阴极与衬底电极之间具有较大的有效接触面积。采用二极场发射器件结构研究T-ZnO和T-ZnO/CNT的场发射特性, 实验表明: 相对于T-ZnO阴极, T-ZnO/CNT复合阴极发射电流密度大、开启场强与阈值场强低、发射点密度高, 且具有良好的工作稳定性。     

碳纳米管(CNT)场发射显示器的关键技术的研究

对碳纳米管阴极的制备以及场发射显示器的真空封装技术进行了研究.利用一种新的碳纳米管生长工艺制备出了具有优良场发射性能的碳纳米管阴极.并将这种直接生长的碳纳米管薄膜作为阴极,结合一种弹性封装工艺,开发了一种具有简单字符显示功能的场发射显示器.该显示器在较低的工作电压下就可获得高亮度的显示效果,并且器件的亮度与驱动电压成较好的线性关系,这将有利于未来的碳纳米管场发射显示器实现高亮度和多级灰度显示.器件的持续工作寿命测试已经超过5500小时,充分验证了碳纳米管作为场发射阴极的应用潜力.     

链状碳纳米管的制备及其场发射性能研究

本文是利用微波等离子体化学气相沉积的方法,在钛金属层上快速制备出由众多内部中空、外观呈锥形链状的碳纳米管组成的碳膜。通过扫描电镜、透射电镜、拉曼光谱等仪器分析了碳纳米管的组成。在真空条件下,测量了碳纳米管链薄膜的场电子发射特性。用热动力学过程解释了锥形碳纳米链的生长机理。     

分散定向碳纳米管阵列的制备及场发射性能

利用脉冲电化学沉积技术,以NiSO4·6H2O为电镀液在镀Cr硅基片上沉积低密度、直径在150nm左右的Ni催化剂颗粒,在此基础上,采用乙炔、氨气作为气源,采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)技术制备分散定向的碳纳米管阵列。研究了等离子体预处理技术对纳米管制备的影响以及该阵列的场发射性能,证明低密度的碳纳米管阵列阴极能有效地降低场屏蔽效应,进而提高场发射性能,其场发射的开启电场强度约为2.39V/μm。     

图形化氧化锌阵列的制备及其场发射性能研究

为了减小场发射的屏蔽效应,采用图形化技术对氧化锌(ZnO)纳米枝阵列进行调控,并研究图形化ZnO枝阵列的性能。首先采用光刻法在ITO导电玻璃上制备图形化ZnO种子层,再用电沉积法在图形化种子层上生长ZnO纳米枝阵列。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)研究所制备的图形化ZnO阵列形貌、结构等,并测试其场发射性能。研究结果表明,制备的图形化ZnO纳米枝是圆阵列,直径为330μm左右,纳米ZnO主干平均直径为400~500nm,发现主干上有一些精细的类似锥状的纳米量级微细枝结构,并且具有良好的场发射性能,开启场强为2.15V/μm,场增强因子为16 109。该图形化生长ZnO阵列阴极的方法是一种能较好改善材料场发射性能的方法,在场发射应用领域表现出较好的前景。     

取向碳纳米管阵列的等离子体复合化学气相沉积法制备

采用热丝和射频等离子体复合化学气相沉积技术,用旋涂法制备负载催化剂的硅片衬底,以CH4为碳源制备出取向碳纳米管阵列薄膜.利用扫描电子显微镜对不同还原时间和不同N i(NO3)2浓度下制备的催化剂基片和取向碳纳米管阵列薄膜进行形貌分析,用透射电子显微镜和拉曼光谱对碳纳米管进行表征.结果表明,在H2-N2气氛中热还原后硅片上的催化剂粒径均匀,排列致密,利用该法制备的碳纳米管为竹节型多壁碳纳米管,管径分布均匀,管长约5μm.碳纳米管阵列薄膜垂直于硅片衬底生长,生长排列均匀致密,具有良好的取向性.     

碳纳米管薄膜的电泳沉积与场发射性能

采用电泳法在Si基片上沉积碳纳米管(CNTs)薄膜。研究了电泳极间距、电泳时间及电泳电压等对沉积的薄膜形貌结构与场发射性能的影响。SEM、高倍光学显微镜和场发射性能测试结果表明,保持阴阳极间距为2cm,在100V的直流电压下电泳2min所获得的CNTs薄膜均匀、连续、致密且具有最好的场发射性能,其开启电场强度仅为1.19V/μm,当外加电场强度为2.83V/μm时,所获得的最大发射电流密度可达14.23×10–3A/cm2。     

Electrically Addressable Hybrid Architectures of Zinc Oxide Nanowires Grown on Aligned Carbon Nanotubes

The fabrication and characterization of hybrid architectures of ZnO nanowires (ZNWs) grown on organized carbon nanotubes (CNTs), by a two‐step chemical vapor deposition (CVD) process involving CNT growth from a hydrocarbon source followed by ZNW growth using a Zn metal source, is reported. The ZNWs grow uniformly and radially from individual CNTs and CNT bundles, and the aligned morphology of the CNTs is not disturbed by the ZNW growth process. The nucleation and growth of ZnO crystals on CNTs are analyzed in relation to the classical vapor–solid mechanism. Importantly, the CNTs make uniform and distributed electrical contact to the ZNWs, with up to a 1000‐fold yield advantage over conventional ZNW growth on a flat substrate. Hybrid ZNW/CNT sheets are fabricated by scalable CVD, rolling, and printing methods; and their electrical properties, which are governed by transport through the anisotropic CNT network, are characterized. Functional interaction between the ZNWs and CNTs is demonstrated by photoconductive behavior and photocurrent generation of the hybrid material under UV illumination. There is significant future opportunity to extend these processing methods to fabricate other functional oxides on CNTs, and to build devices that harness the attractive properties of ZNWs and CNTs with high volumetric efficiency over large areas.     

转换垂直阵列式碳纳米管基底的研究

描述了一种将阵列式排列的碳纳米管膜完整地从沉积基底上逐层分离组装到新基底的技术。用扫描电镜研究了被分离的碳纳米管膜的形貌、黏结层的特点，并且对被分离的膜和膜与新基底的导电特性分别做了测试。电镜形貌分析表明构成碳纳米管膜的碳纳米管在被分离后可以保持原来的形貌，也可以呈弯曲状，这取决于分离膜时作用于膜表面的压力。电阻测试表明膜的表面电阻为10Ω，而膜与基底的电阻在有黏结层条件下小于0．1Ω。     

基于硅胶快速吸附的碳纳米管长度分选及其晶体管性能研究

半导体型单壁碳纳米管在分散与分离过程中长度会被截短。在100 nm以下的超短管的存在会增加管间搭接电阻和载流子的散射几率,从而导致器件性能的下降。开发了一种有机体系的硅胶吸附技术。利用硅胶颗粒表面的硅羟基与包裹在碳纳米管表面的聚合物PCz中的N原子形成氢键,成功实现了超短碳管的高效去除,使半导体型碳纳米管的长度分布实现了有效调控。基于长度分选后的碳纳米管制备的晶体管器件,其开态电流和最大跨导达到8.9μA/μm和0.5 mS/μm,比长度未分选的器件分别提高了约300%和250%。     

Optoelectronic properties of solution synthesis of carbon nanotube/ZnO:Al:N nanocomposite and its potential as a photocatalyst

A novel multiwalled carbon nanotubes/aluminum–nitrogen co-doped ZnO (MWCNT/ZnO:Al:N) nanocomposite film was synthesized by a sol–gel deposition method and used for the photodegradation of organic dye under UV light illumination. The MWCNT/ZnO:Al:N composite film was extensively characterized through scanning electron microscope (SEM), Energy dispersive spectroscopy (EDS), X-ray diffraction (XRD), transmission electron microscopy (TEM), photoluminescence measurements (PL) and UV–vis spectroscopy. Photocatalytic measurements reveal that the addition of MWCNT enhances photocatalytic degradation of MB by providing conduction path for electron transfer and reactive oxygen groups.