一步TCVD法制备大面积碳纳米管冷阴极及其场致发射性能研究

本文提出一步热化学气相沉积法(TCVD)热解二茂铁,并直接在硅衬底上制备大面积(1 cm^(2))、高质量碳纳米管(CNTs)场致发射冷阴极阵列的制备工艺.通过调控二茂铁的热解温度(650~1000℃),获得了最佳的二茂铁的碳转化效率以及高结晶度的碳纳米管阵列.研究了不同热解温度下制备的碳纳米管微观形貌及其对场致发射性能的影响机制.场致发射实验测试表明在热解温度850℃条件下制备的碳纳米管冷阴极其开启电场(10μA/cm^(2))和阈值电场(1 mA/cm^(2))分别为1.32 V/μm和2.64 V/μm,最大电流密度为14.51 mA/cm^(2),对应的场增强因子为13267,表现出良好的场发射性能.本文提出的一步制备碳纳米管冷阴极阵列的制备方法无需任何蚀刻气体或光刻图案工艺,该方法安全、经济、可重复性好,在碳纳米管场发射冷阴极领域具有广阔的应用前景.

3维电磁粒子模拟程序设计

在3维Yee网格模型以及蛙跳模型的基础上,分析了3维电磁场离散算法及其稳定条件,讨论了3维空间网格上电磁场作用于粒子的平均场权重法和粒子作用于电磁场的Charge-conserving法,同时也讨论了3维空间网格上理想导体边界条件、自由吸收边界条件、爆炸式发射模型的模拟实现方法。以向内发射同轴二极管为例从其电流电压关系及电子束运动特性方面验证了模拟的正确性。

非晶碳膜中sp^2和sp^3相的检测方法

非晶碳薄膜由sp2和sp3杂化的碳原子组成。sp2和sp3碳原子的比例是决定非晶碳膜的结构和性能的重要参数。如何定量或定性地分析碳薄膜中sp2和sp3碳的含量一直是十分重要的问题。目前用来测定sp2和sp3碳及其比例的实验方法有13C核磁共振谱(NMR)、电子能量损失谱(EELS)、X射线光电子能谱(XPS)、椭圆偏振谱、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(IR)等。综述了这些测定方法及其特点。

钼尖场致发射阵列阴极的性能研究

利用微细加工技术和双向薄膜沉积技术对钼尖场发射阵列阴极的工艺进行了较为细致的研究 ,并在专用的真空系统中对所得阵列阴极的发射性能进行了测试 ,得到了一定的场致发射电流密度值。测试中采用数据采集系统监测栅极电压、阳极电压、阳极电流和栅极电流 ,测量了阴极阵列的发射稳定性和发射噪声。对发射的失效机理进行了实验研究和分析 ,认为发射失效的主要原因在于栅极和基底之间的漏电 ,尖锥和栅极孔间的暗电流 ,电极间的放电和放气 ,以及环境真空度和尖锥的不均匀性等。

上浆剂分子量对碳纤维表观性能及其界面性能影响研究

研究了不同分子量的上浆剂对碳纤维表观状态及其界面性能的影响,并采用了AFM,SEM等表面分析技术研究了上浆后碳纤维表面形貌.AFM,SEM证实了S-1表面没有小颗粒存在,沟槽较均匀,而S-2表面的沟槽较深,S-3表面的沟槽较浅,且表面都有小的颗粒.XPS证实了S-1表面含有O元素含量最高,表面极性官能团较多.上浆剂分子量对制备的复合材料的界面性能和耐湿热老化性能有较大的影响,分子量适中的上浆剂HIT-7上浆处理后的碳纤维及其复合材料的性能最优.

纳米金刚石掺混纳米氧化锌的场发射特性

利用水热法制备了菊花状的氧化锌纳米棒,并进行表征,将纳米氧化锌掺入纳米金刚石中配制成电泳液,超声分散后电泳沉积到钛衬底上,再经热处理后进行场发射特性的测试.结果表明：未掺混的金刚石阴极样品的开启电场为7.3V/μm,在20V/μm的电场下,场发射电流密度为81μA/cm2;掺混后阴极样品的场发射开启电场降低到4.7-6.0V/μm,在20V/μm电场下,场发射电流密度提高到140-158μA/cm2.原因是纳米ZnO掺入后,增强了涂层的电子输运能力、增加了有效发射体数目,提高了场增强因子β,而金刚石保证了热处理后涂层与衬底的良好键合,形成了欧姆接触,降低了场发射电流的热效应.场发射电流的稳定性随掺混ZnO量的增加而下降,要兼顾场发射电流密度及其稳定性,适量掺入ZnO可有效提高纳米金刚石的场发射性能.

涂布法制备碳纳米管场发射阴极及其性能的研究

碳纳米管（CNT）作为场发射阴极（FEC）具有很好的性能。报导了利用粉末状碳纳米管制作CNT-FEC的方法,包括涂布方法、纯化方法和表面处理方法。主要关心的FEC性能为电子发射均匀性、电流密度和寿命。

大电流碳纳米管场发射阴极研究

报道了在较大发射面积上获得较大场发射电流的碳纳米管场发射阴极。为了加强场发射电流,在丝网印刷浆料中增加一种金属纳米颗粒,金属颗粒增强了碳纳米管发射体和衬底的接触,提高碳纳米管和衬底的粘附作用。利用改进后的丝网印刷方法制备了大电流碳纳米管场发射阴极,测得最大发射电流为68.0mA,阴极有效发射面积约1.1mm2,发射电流密度约6.2A/cm2;并成功将改进方法制备的大电流场发射碳纳米管阴极应用于场发射真空器件原型。实验证明这种具有较大发射电流和较大发射电流密度的场发射能够满足部分大功率电子器件的需求。

电泳和电镀法增强碳纳米管场发射特性的研究

碳纳米管(CNT)和衬底的电学接触问题是获得高性能CNT电子器件的一个关键性的问题。本文采用电泳电镀方法制备CNT冷阴极,有效改善了CNT与衬底间接触电阻,增强了碳纳米管场发射性能。电泳电镀法制备的碳纳米管冷阴极场发射的开启电场(电流密度为10μA.cm-2时的电场)由2.95 V.μm-1降低到1.0V.μm-1,在电场为8V.μm-1时电流密度由0.224增加到0.8112mA.cm-2。在电流密度为800μA.cm-2时进行1h的场发射稳定性测试,结果表明,电泳电镀法所得CNT场发射电子源电流密度几乎不变,而且电流密度比较稳定;而只有电泳的方法获得的CNT场发射电子源电流密度波动较大,电流不稳定且呈较快的衰减趋势,1h后减少到原来的75%。采用电泳电镀方法制备CNT阴极,CNT的根部被纳米银颗粒覆盖和包裹,使CNT与衬底接触更加牢固而紧密,又由于银具有很好的导电性,从而大大减小了接触电阻,因此电泳电镀法能大大改善CNT与衬底的电学接触性能。

沉积工艺参数对碳纳米管薄膜场发射性能的影响

利用微波等离子体化学气相沉积（MWPCVD）方法，在不锈钢衬底上直接沉积碳纳米管膜。通过SEM、拉曼光谱和XRD表征，讨论了制备温度和甲烷浓度对碳纳米管膜场发射的影响。结果表明：不同条件下制备的碳纳米管膜的场发射性能有很大差异，保持氢气的流量（100sccm）、生长时间（10min）、反应室压力不变，当甲烷流量为8sccm、温度为700—800℃时，场发射性能最好，开启场强仅为0．8V／μm，发射点分布密集、均匀。

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。

用热丝CVD技术制备场发射冷阴极金刚石薄膜(英文)

以甲烷和氢气的混合气体为原料 ,用热丝化学汽相淀积法 ,在 ( 1 0 0 )硅衬底上 80 0℃温度时异质生长出适合场发射的金刚石薄膜 .然后用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜和喇曼光谱仪等对其进行了分析 ,结果表明 ,所制备的薄膜是多晶金刚石 ,而且在 ( 1 1 1 )晶相择优生长 .在扫描电子显微镜下 ( 1 1 1 )晶粒的外形几乎都是四面体结构 ,具有很多尖端 ,可以加强一定电压下的电场 。

微图形定向碳纳米管场发射阵列冷阴极的研究

本文介绍了一种微图形化碳纳米管场发射阵列冷阴极,每个图形的直径仅为1μm,构成一个发射单元。制作工艺如下:首先在硅(100)基片上沉积氮化钛缓冲层,然后采用曝光工艺获得直径为1μm的胶孔阵列,沉积催化剂铁,最后采用直流等离子体增强化学气相沉积(DC-PECVD)生长直立的碳纳米管。并对17500个发射单元的阵列阴极进行了表面形貌表征及场发射特性测试。结果表明,碳纳米管阵列阴极的一致性较好;最低开启电场为1 V/μm;电场为17 V/μm时,测得的电流密度已达到90 mA/cm2;发射电流为550μA时,在2.5 h内的波动小于5.6%。

场发射用碳纳米管的研究

用直流电弧法制备出了可用于场发射的碳纳米管,其长度在0.5～1μm之间,管径约20～30nm,且大多数具有多层结构.研究发现,经超声分离的样品中有大量便于移植的一端封口的碳管.详细讨论了生长的工艺条件对碳管形貌的影响,给出了生长场发射用碳纳米管的优化工艺条件.

Rb_2SO_4-C_2H_5OH-H_2O三元体系的溶解度研究

采用半微量相平衡实验装置 ,研究了Rb2 SO4 C2 H5OH H2 O三元体系 0～ 60℃的等温平衡溶解度 ,发现该体系在实验研究温度范围内饱和溶液相都是不分层的乙醇 水溶液。用TPD软件 (三角相图绘图软件 )绘制了相应的平衡相图 ,“Schreinmakers”湿渣结线法确定平衡固相皆为无水Rb2 SO4 ;同时给出了体系 10～ 60℃的等温溶解度方程及 3 0℃时C2 H5OH对Rb2 SO4 的盐析率曲线。

金刚石粉末淀积层的场发射特性研究

采用电镀方法和直接刷涂的方法在钨针衬底和硅衬底上沉积高压合成的金刚石粉末形成冷阴极。将这种冷阴极与荧光阳极组成真空二极管结构。通过该结构电流 电压特性的测量和发光特性的观察研究了金刚石粉末冷阴极的电子场发射性能。实验显示 ,这些冷阴极都具有很高的电子发射能力 ,最低开启场强达到3 2 5V/μm。

天鹅绒阴极二极管的实验研究

介绍了天鹅绒阴极二极管的结构及天鹅绒阴极的设计 ,给出了二极管参数的测量方法及结果。对 3种不同材料的天鹅绒阴极进行了实验研究 ,获得了大面积均匀电子束 ,并对电子束的横向及径向均匀性进行了诊断。实验结果表明 :二极管工作状态接近的条件下 ,3种材料的天鹅绒阴极所获得的大面积电子束均匀性相近 。

氮化硼薄膜的场致发射特性

研究了氮化硼 (BN)薄膜的场发射特性与不同基底偏压和不同膜厚的关系。在磁控溅射反应器中 ,使用高纯六角氮化硼 (h BN)靶 ,通入Ar和N2 的混合气体 ,制备出了纳米BN薄膜。溅射是在基底加热 470℃和总压力为 1 .2Pa的条件下进行的。在超高真空系统中测量了不同膜厚和不同基底偏压的BN薄膜的场发射特性 。

不锈钢衬底的抛光处理对碳纳米管薄膜场发射性能的影响(英文)

在抛光的和未抛光的不锈钢衬底上,利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法从甲烷和氢气的混合气体中沉积碳纳米管薄膜,并对其场发射性能进行了研究。实验发现,不锈钢衬底的机械抛光能降低碳纳米管膜的开启场强,增大它的发射电流密度。在同一场强7.5 V/μm下,衬底未抛光样品的电流密度为2.9 mA/cm2,而衬底抛光样品的电流密度达到5.5 mA/cm2。低开启场强和大发射电流密度意味着β增大,说明机械抛光能使碳纳米管膜的β增大。

电泳法制备碳纳米管场发射阴极的研究

利用传统的电泳方法,在玻璃基片上成功地制备了场发射用碳纳米管阴极薄膜。用扫描电子显微镜和拉曼光谱观察了薄膜的形貌和结构,并测试了所制备的薄膜阴极的场发射特性。实验结果表明在玻璃的银浆导电层上沉积了一层较薄而均匀的碳纳米管膜,其场发射特性与丝网印刷工艺制备的阴极有相似甚至更佳的性能,具有更好的发射均匀性。采用电泳方法制备场发射阴极具有简单易行,成本低廉等优势,可以避免丝网印刷工艺带来的有机杂质污染和发射不均匀等问题。