《電磁場對金屬化碳納米管陰極的調控及場發射性能研究》是依託福州大學，由葉芸擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：電磁場對金屬化碳納米管陰極的調控及場發射性能研究
- 依託單位：福州大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：葉芸
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
碳納米管場發射顯示器為次世代顯示器的新興領域。然而，碳納米管在基底電極上的分布和取向各異，及場發射時電子在碳納米管和基底電極間的傳輸方式複雜，導致場發射不均勻或者不穩定，成為制約該技術發展的主要瓶頸。因此研製和開發場發射均勻、穩定的碳納米管陰極是解決該問題的有效途徑。本項目以碳納米管場發射陰極為研究對象，對金屬化碳納米管陰極的製備及場發射的電子傳輸與發射進行科學研究。具體內容包括：磁場輔助下碳納米管表面化學鍍磁性金屬和電泳沉積金屬化碳納米管陰極；研究電磁場對金屬化碳納米管沉積和取向的調控機制；通過金屬化碳納米管陰極場發射性能分析，建立電子在基底電極、表面金屬、碳納米管、以及真空之間的傳輸與發射模型。本項目旨在設計和製備場發射均勻、穩定的碳納米管陰極，為製作高亮度、大面積場發射顯示器奠定理論和技術基礎。
結題摘要
碳納米管(Carbon nanotubes，CNTs)以其獨特結構和優異的場發射性能，被認為是最具有發展前景的陰極材料。但CNTs具有大量的雜質，表面反應活性低，與襯底的濕潤性差、結合力弱等缺點，限制了其在場發射顯示領域的套用。 本項目採用混酸溶液對CNTs進行酸化處理，在CNTs表面引入活性基團。在磁場輔助作用下，利用敏化、活化和化學鍍工藝對CNTs表面進行金屬化鍍金屬銀(Ag)和磁性金屬鎳(Ni)，獲得表面金屬化的CNTs/Ag和CNTs/Ni。採用磁場輔助電泳沉積工藝，在金屬襯底電極上製備表面金屬化的CNTs陰極。再採用不同磁場強度輔助熱處理CNTs陰極和CNTs/Ni陰極。對金屬化CNTs及其陰極的表面形貌和成分進行表征，並研究CNTs、CNTs/Ag、CNTs/Ni陰極的場發射性能。 對有、無磁場輔助作用下CNTs表面化學鍍Ni的對比研究表明：磁場存在有利於CNTs的化學鍍Ni，表面的Ni層具有連續性，鍍層較為光滑，沒有納米級的毛刺尖端。不同化學鍍Ni時間對CNTs場發射性能具有較大影響，對不同化學鍍Ni時間CNTs陰極的場發射性能測試表明：在一定時間範圍內，化學鍍Ni時間(30 min)的加長有利於CNTs場發射性能的提高，若化學鍍時間太長反而不利於CNTs的場發射。 研究磁場輔助熱處理對純CNTs的作用，在有、無磁場輔助作用下熱處理CNTs陰極，場發射性能測試表明：磁場輔助熱處理CNTs陰極的開啟場強低至2.08 V/μm，場發射性能有所提高。在不同的磁場強度下輔助熱處理CNTs/Ni陰極，場發射性能測試表明：表面金屬化和磁場的存在有助於CNTs/Ni陰極場發射性能的提高；隨著磁場強度的增加，開啟場強逐漸降低，當磁場強度為600 mT時，CNTs/Ni陰極開啟場強降至最低，約為0.41 V/μm，且場發射穩定性和均勻性最好。 通過建模分析磁場對單根CNTs/Ni的調控作用，分析了CNTs、Ni及CNTs/Ni在磁場中的受力情況，以此驗證磁場對CNTs/Ni的拉伸作用。結合F-N理論和雙勢壘模型，分析了表面金屬化CNTs陰極中電子從襯底發射到真空的過程，CNTs表面金屬降低了襯底/CNTs的界面勢壘高度和寬度，增加電子隧穿幾率，提高電子從襯底發射到真空中的能力。因此表面金屬化的CNTs具有優異的場發射性能，有利於CNTs在場發射領域上的套用。
