碳纳米管组装及场发射性质研究

【摘要】： 1995年发现碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)具有发射电子的特性后,众多科研工作者被吸引到对其场发射性质的研究中[1]。笔者拟采用纳米银浆低温烧结技术进行碳纳米管组装实验并对碳纳米管进行场发射实验研究,为处于研制阶段的应用于聚焦离子束(focus ion beam, FIB)的新型气态场发射离子源(gas field ion source, GFIS)针尖组装提供了新的方法。 纳米银作为纳米材料中的一种其同样有着广泛的用途,特别是纳米银的熔点已降到100℃左右,而不同于微米级银的960.5℃,因此可进行低温烧结技术研究。本实验第一部分为纳米银浆低温烧结技术研究,方法是将制备好的纳米银颗粒溶于乙醇、乙酸乙酯、松油醇、乙基纤维素等有机溶剂中,然后首先以120分钟为基准时间进行温度分布实验得出最优烧结温度为200℃,再以200℃为基准温度进行时间分布实验,得出最优烧结时间为90分钟,最后采用以上的最优烧结温度和最优烧结时间进行纳米银浆成分优化实验,实验结论为:以质量分数记65%纳米银粉、25%乙酸乙酯、9%松油醇、1%乙基纤维素,烧结温度为200℃,烧结时间为90分钟,测得方块电阻最佳值为0.022Ω/□。 碳纳米管组装主要分为物理组装和化学组装两大类,本实验采用的方法属化学组装。本实验拟采用纳米银浆为粘接剂,利用了纳米级银粉可低温(200℃以下)成膜,并具有良好的导电性这一特殊性质制备了配比优化的纳米银浆,在其中溶入适量的碳纳米管制成碳纳米管纳米银浆混合溶液,然后采用化学方法将碳纳米管组装到针尖上,应用纳米银浆低温烧结技术使银浆固化,以此保证碳纳米管稳定的固定在针尖上。碳纳米管组装实验结论:经15次反复实验,终于成功的将单根碳纳米管组装到针尖上。场发射实验结论:实验证明对不锈钢基底进行机械抛光会使碳纳米管试样在电压2000V时的场发射电流由原来的89μA提升到100μA。