基于石墨烯材料的場發(fā)射冷陰極關鍵技術研究.pdf

1、石墨烯是由單層碳原子構成的六角蜂窩狀二維晶體。2004年 Geim和Novoselov報道了采用機械剝裂法獲得單原子層的石墨結構。石墨烯具有室溫下的量子霍爾效應、很高的載流子遷移率和極大的比表面積等特性，在超級電容器、傳感器、自旋電子器件、透明電極等領域有廣闊的應用前景。經(jīng)過研究人們發(fā)現(xiàn)厚度在10原子層以下的石墨片具有與單原子層石墨烯相近的性質(zhì)，故常常將石墨烯的概念推廣至10原子層以下的納米石墨片。
　　冷陰極具有大電流、低功耗和

2、冷發(fā)射的特點，在真空電子器件中有廣闊的應用前景，是真空電子器件的重要發(fā)展方向。石墨烯具有極高的長徑比和大量的發(fā)射邊緣，是一種理想的冷陰極場發(fā)射材料。
　　目前關于冷陰極場發(fā)射的研究內(nèi)容主要集中在降低冷陰極場發(fā)射工作電場，滿足場發(fā)射平面顯示器的要求，以及提高發(fā)射電流和電流密度，滿足真空電子器件的需要?；诶潢帢O的這兩種需求，本文采用石墨烯作為冷陰極場發(fā)射材料，從石墨烯的制備入手進行不同石墨烯場發(fā)射冷陰極的制備研究，分別滿足場發(fā)射平面

3、顯示、大電流真空電子器件，以及特殊電子注微波真空器件等領域的應用要求，具體研究包括：
　　1.采用化學氧化法大量制備氧化石墨烯，采用分區(qū)離心的方法對不同尺寸的氧化石墨烯進行分離提純；
　　2.通過碳纖維原位剝裂石墨烯制備石墨烯陰極，得到極低工作電場的石墨烯陰極，其開啟電場為0.4V/μm，閾值電場為0.7V/μm；
　　3.通過電泳、絲網(wǎng)印刷等工業(yè)方法制備低成本、低開啟電場和閾值電場的石墨烯陰極，可以滿足場發(fā)射平面顯示

4、領域的需求，初步實現(xiàn)了場發(fā)射平面顯示；
　　4.通過微波等離子體化學氣相沉積的方法在碳納米管上生長石墨烯，探索石墨烯的生長機制，發(fā)現(xiàn)石墨烯在碳納米管中的缺陷處沿著碳管的晶格結構進行外延生長，證明了石墨烯與碳納米管不但具有共同的基本結構，其結構還可以兼容。同時，這種石墨烯結構有很高的多級場增強效應，具有很好的場發(fā)射性能。
　　5.利用氧化石墨烯制備柔性的石墨烯自支撐膜。采用石墨烯自支撐膜做為邊緣發(fā)射陰極，制備帶狀電子注、環(huán)狀電

5、子注等石墨烯冷陰極結構，可以滿足不同真空電子器件的特殊要求；
　　6.采用柔性石墨烯膜制備定向的石墨烯邊緣發(fā)射陣列陰極，發(fā)射電流為10mA，電流密度達到5A/cm2。這種陰極與傳統(tǒng)的薄膜陰極不同，它具有cm級的橫向結構，破壞其表面不會改變陰極的場發(fā)射能力，有很好的發(fā)射穩(wěn)定性，有可能應用于小功率微波真空電子器件。
　　本論文的創(chuàng)新性在于從石墨烯的制備入手，研究制備可以在不同領域中應用的石墨烯場發(fā)射冷陰極；通過低成本的方法實現(xiàn)石