分形石墨—碳納米管場發(fā)射性能及其熒光燈發(fā)光性能的研究.pdf

1、場發(fā)射是各種真空微電子器件的基礎(chǔ)，而碳材料特別是碳納米管及其石墨具有優(yōu)越的場發(fā)射性能，自1991年飯島發(fā)現(xiàn)碳納米管以來，因其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征（大的直徑比，小的曲率半徑，好的熱穩(wěn)定性，優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度），在外加電壓下呈現(xiàn)出優(yōu)越的場發(fā)射特性，可應(yīng)用于場發(fā)射陰極和隧道顯微鏡針尖，平板顯示器，微波功率放大器等方面.絲狀陰極還可以用于制作新型的冷陰極熒光燈，相對于其它光源，這種場發(fā)射真空熒光燈具有高亮度，環(huán)保，低成本等優(yōu)點(diǎn)。
　　 除了碳納米

2、管外，人們最先發(fā)現(xiàn)碳材料中具有場發(fā)射性能的是金剛石，接著是碳纖維。2004年人們又發(fā)現(xiàn)了一種二維石墨烯結(jié)構(gòu)，它是組成零維富勒烯球和一維碳納米管以及三維石墨的基本結(jié)構(gòu)單元。由單層石墨原子組成的無限大平面，其基本單元為六邊形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，碳原子間由sp 2 雜化而成，由于它是形成其他碳材料的基礎(chǔ)，故其電子傳輸性能和能帶結(jié)構(gòu)尤為重要。
　　 本文立足于對碳族材料場發(fā)射性能的研究，從石墨烯晶體結(jié)構(gòu)出發(fā)，采用Castep軟件模擬其能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)

3、密度分布。然后對其卷曲而成的各種結(jié)構(gòu)的一維碳納米管進(jìn)行能帶和態(tài)密度計(jì)算，找出其與石墨烯能帶結(jié)構(gòu)的聯(lián)系，同樣對其疊加而成的三維石墨進(jìn)行能帶模擬，觀察其能帶和態(tài)密度分布；同時(shí)，從實(shí)驗(yàn)入手，采用CVD 法制備了一種石墨與碳納米管相結(jié)合的新型形貌的場發(fā)射體，場發(fā)射掃描電鏡顯示這種材料呈現(xiàn)出片狀結(jié)構(gòu)，邊緣具有突出尖端，透射電鏡顯示這種突出尖端是由碳納米管組成的，故我們把這種材料命名為分形石墨-碳納米管，簡稱FGNT；并采用二極管結(jié)構(gòu)對其進(jìn)行電流電

4、壓和場發(fā)射電流穩(wěn)定性能測試，發(fā)現(xiàn)其擁有良好的場發(fā)射性能：低的開啟場和閾值場，大的場增強(qiáng)因子，和較穩(wěn)定的場發(fā)射電流。接著探討了測試環(huán)境對其場發(fā)射性能的影響：表面態(tài)對FGNT 場發(fā)射性能影響很大，突出尖端主要影響開啟場和閾值場，以及場發(fā)射電流穩(wěn)定性；表面吸附的氣體會與碳原子的懸掛鍵相結(jié)合形成新的共價(jià)鍵，影響碳納米管的能帶結(jié)構(gòu)和態(tài)密度分布，同時(shí)采用Castep 軟件對碳管表面分別吸附有水蒸汽，氫氣和氧氣的情形進(jìn)行計(jì)算模擬，發(fā)現(xiàn)吸附有水蒸汽時(shí)費(fèi)