碳纳米管的制备及其薄膜结构场发射实验研究

【摘要】：自1991年电弧法合成碳纳米管以来,由于其准一维结构所导致的在电学、力学及光学等诸多方面的奇异性质,被认为是继C_60之后另一种十分重要的碳的低维材料,可望在场发射平板显示器件、储氢燃料电池、高分子复合材料及超级电容等应用领域取得突破。为适应碳纳米管在基础研究和工业发展两方面的广泛应用,大规模、高质量碳管粉末及薄膜的合成成为研究热点。经过十多年的发展,碳纳米管的合成方法日趋多样化,从最初的电弧法、化学气相沉积法发展到今天的流动催化法。特别值得关注的是,流动催化法可以高质高量地合成碳管粉末,为其多方面的应用打下基础。 本工作分为两个部分。第一章着重介绍本实验室采用流动催化法合成碳管的实验过程。包括低压流动催化实验装置的建立及对各主要工艺参数的最优化探索等等。有别于常规的流动催化法,本实验完全工作于低气压下,保证了实验的安全性并降低了实验的成本。第二章介绍了四面体非晶碳膜影响碳管薄膜场发射性能的厚度效应。通过大量的实验表征手段,证明四面体非晶碳膜可以沉积在碳管薄膜的表面。进一步的场发射研究显示,较薄的碳膜能显著改善碳管的场发射,而较厚的碳膜则抑制了碳管的场发射,并对这一现象给出了定性的解释。