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多壁碳纳米管薄膜的制备及其场发射性能研究

韩立静  
【摘要】:碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是继C60之后碳材料领域的重大发现,是由一层或多层石墨片卷曲而成的同心中空管,因其奇特的结构和物理、化学性能,引起各界广大的关注,被认为是最有理论研究和应用价值的纳米材料。CNT的比表面积大,机械强度高,化学性质稳定,轴向良好的导电性利于电子运输,纳米尺度的尖端和管壁的缺陷都形成良好的电子发射端,因而CNT作为场发射阴极材料,具有开启电压低,发射电流密度高等优点,是继金刚石、硅等材料之后最有潜力的场发射阴极材料。本文首先介绍了CNT的发现、结构、基本性质和制备方法,并介绍了在此基础上的CNT的应用,其中着重介绍了CNT作为场发射显示器(Field Emission Display, FED)阴极材料的应用研究,对用直接生长法和移植法制备的CNT阴极FED器件的制作方法做了详尽阐述,并对其场发射光学特性和电学特性进行了系统的研究,最后指出目前CNT阴极FED器件存在的主要问题及其相关性能改进的可行方法,使后续工作的进行成为可能。 第一章绪论 本章主要回顾了CNT的发现过程,简要地介绍了CNT的结构特征、类别、性能特征。并基于CNT的性能特征,详尽地介绍了CNT在储能方面、复合材料领域、生物医学工程、场发射领域的应用。其中场发射领域的应用将作为本文的研究重点。 第二章碳纳米管制备以及相应的场发射显示器阴极薄膜制作 本章详尽地介绍了CNT的化学气相沉积法、电弧放电法和激光蒸发法三种制备方法。其中着重介绍了化学气相沉积法制备CNT的相关工艺,包括了该方法所使用的催化剂的制备,并重点阐述了基于化学气相沉积法制备CNT来制作场发射阴极薄膜的工艺。 第三章多壁碳纳米管薄膜场发射应用研究 本章主要介绍了两种用化学气相沉积法制备的CNT作为阴极材料制作的FED器件。本文采用丝网印刷法和直接生长法制备的CNT薄膜作为场发射阴极,制作成二极型结构的显示器件后测试其场发射性能。实验表明用直接生长法制备的CNT薄膜阴极具有较低的开启电压和较高的场发射电流密度,场发射性能优异。但丝网印刷法制备的CNT薄膜阴极也有一定的优势,如成本低、工艺成熟、适合大面积生产等。本文在研究了两种CNT薄膜阴极的制备方法和场发射性能研究的基础上,提出了CNT阴极FED目前存在的问题及对未来的展望。


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