基于納米結(jié)構(gòu)的場致電子發(fā)射研究

1、wyiT論女第表莖涼基于納米結(jié)構(gòu)的場致電子發(fā)射研究【摘要】：納米材料與結(jié)構(gòu)由于和相應(yīng)的體材料相比，具有許多獨特 的性能和誘人的應(yīng)用前景，引起了各國研究人員的極大興趣和關(guān)注。 目前，最具實用化和市場化的應(yīng)用領(lǐng)域是利用某些納米材料和結(jié)構(gòu)的 優(yōu)異電子場發(fā)射性能來制作場發(fā)射平板顯示器。 從而場發(fā)射陰極材料 也就成為整個納米材料研究的熱點之一。本論文在國家杰出青年、自然科學(xué)基金(Nos. 69925409、 10374027)和上海市科委重點科技項目 (No.015211066)的聯(lián)合資助下，對三種納米材料、結(jié)構(gòu)，即：納米 碳管、納米硅和氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的薄膜制備、微結(jié)構(gòu)和其電子場發(fā)射 性能進行了深入研究

2、。主要結(jié)論和創(chuàng)新性成果如下：1)采用絲網(wǎng)印刷 和電泳淀積方法大面積制備了碳納米管薄膜，考察了退火處理和氫等離子體處理(HP)工藝對碳納米管薄膜的影響，發(fā)現(xiàn)退火和 HP 處理可 以改善碳納米管薄膜的場發(fā)射性能，并使其開啟電場、閾值電場和發(fā)射點密度分別達到 1.1、5.3V/ z 和 105/cm2。氫 HP 處理后一 種碳納米管的新結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn)。 通過 SEM、TEM、HRTEM、Raman 譜、 XPS和 FTIR 譜研究了氫等離子體處理前后碳納米管薄膜的表面形貌 和微結(jié)構(gòu)特征，討論了 HP 處理后的碳納米管結(jié)構(gòu)變化機制以及其電 性質(zhì)和場發(fā)射性能轉(zhuǎn)變的原因。2)首次對碳納米管和納米鐵粉共球磨 進

3、行研究。通過SEM 和 TEM 對球磨后碳納米管的表面形貌和微結(jié) 構(gòu)進行了考察。實驗結(jié)果顯示球磨 8 小時后原碳納米管的封閉端頭被 打開，并在納米管壁上產(chǎn)生了扭曲變形的石墨層。球磨后碳納米管薄C 易發(fā)表用yiT論女第表匸冢膜的電子場發(fā)射性能得到了很大的改善， 開啟電場和閾值電場可分別 達到 2.1V/z 和 5.6V/z,發(fā)射發(fā)射密度可達到 104/cm2。3) 首次利用可溶于有機溶劑的 MWNT-ODA ,通過旋涂技術(shù)制備了均勻 的碳納米管薄膜，通過電子顯微鏡和顯微 Raman 譜表征了 HP 處理前 后的 MWNT-ODA 薄膜，發(fā)現(xiàn) HP 處理后的 MWNT-ODA 薄膜表面被 一層碳納

4、米顆粒覆蓋，并且其場發(fā)射性能得到了極大改善，開啟電場 和閾值電場分別達到 0.5V/m和 3.2V/m,發(fā)射點密度可達到 103104/ cm2。4)首次采用電化學(xué)陽極氧化方法在 P 型(100)硅 片上成功制備了顆粒尺寸均勻、摘要腳口旦魚魚魚魚旦，排列緊密、晶向一致的單晶納米硅薄膜。并對不同顆粒大小、不同膜厚 和氫等離子體處理前后樣品的電子場發(fā)射性能進行了測試，實驗結(jié)果表明，這種納米硅薄膜具有較低的開啟電場， 發(fā)射電流和發(fā)射點密度適中，是一種有潛力的場發(fā)射陰極材料。5)采用熱蒸發(fā)技術(shù)成功制備 了大量四角狀和線狀 ZnO 納米結(jié)構(gòu)。該制備工藝不需要真空和使用 其它金屬催化劑和添加濟，適用于工業(yè)

5、化生產(chǎn)。首次研究了這些四角 狀 ZnO 納米結(jié)構(gòu)的電子場發(fā)射特性。實驗發(fā)現(xiàn)其開啟電場為1.SV/禪 m 與多壁碳納米管相當(dāng)，是一種可替代碳納米管的有巨大應(yīng)用潛 力的場發(fā)射陰極材料。6)首次采用氣相輸運方法在有金屬填充的多孔 硅、納米硅襯底上制備了 ZnO 納米棍、納米帶和納米柱。通過催化 劑和襯底結(jié)構(gòu)圖形化實現(xiàn)了 ZnO 材料的圖形化和選區(qū)生長。場發(fā)射 測試表明，這些樣品具有較低的開啟電場和閡值電場， 較高的發(fā)射點 密度以及均勻一致的發(fā)射像?！娟P(guān)鍵詞】：納米碳管納米硅晶氧化鋅納米結(jié)構(gòu)場發(fā)射氫等離子體處理【學(xué)位授予單位】：華東師范大學(xué)【學(xué)位級別】：博士【學(xué)位授予年份】：2004【分類號】：O46

6、2【目錄】：中文摘要 3-5 英文摘要 5-7 學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明和學(xué)位論 文使用授權(quán)聲明 7-11 第一章緒論 11-361. 1 引言 11-121. 2 幾種常見 的平板顯示器 12-161 . 3 場發(fā)射顯示器原理及常用陰極材料 16-191.3.1 場發(fā)射顯示器原理 161.3.2 場致發(fā)射陰極材料 16-191.4 納米結(jié)構(gòu)的場發(fā)射研究進展 19-261. 4. 1 碳納米管 19-211. 4. 2 多 孔硅 21-251. 4. 3 氧化鋅納米結(jié)構(gòu) 25-261. 5 場發(fā)射顯示器件研究 和產(chǎn)業(yè)化進展 26-291. 6 本論文主要研究內(nèi)容及意義 29-31 參考文獻 31-3

7、6 第二章場致電子發(fā)射理論36-522. 1 引言 362. 2 金屬的場致電 子發(fā)射 36-462. 2. 1 金屬尖端的外場致電子發(fā)射 36-372. 2. 2 場致 電子發(fā)射的定性解釋 37-392. 2. 3場致電子發(fā)射的定量解析 39-462. 3 半導(dǎo)體外場致發(fā)射 46-502. 3. 1 表面勢壘的影響 46-482. 3. 2 場致 發(fā)射電流公式 48-502. 4 半導(dǎo)體內(nèi)場致發(fā)射 50-51 參考文獻 51-52 第 三章碳納米管陰極制備及場發(fā)射性能52-743. 1 碳納米管概述52-583. 1. 1 結(jié)構(gòu) 52-553. 1. 2 制備方法 553. 1. 3 物理和

8、化學(xué)性質(zhì) 55-583. 2 碳納米管薄膜陰極制備及后處理工藝58-623. 2. 1 絲網(wǎng)印刷法 58-603.2.2 電泳淀積技術(shù) 60-613.2.3 后處理工藝 61-623.3 碳納米管場發(fā)射性能測試62-713. 3 . 1 測試裝置及評價參數(shù)62-643. 3. 2 性能測試 64-713. 4 本章小結(jié) 71-72 參考文獻 72-74 第 四章碳納米管薄膜表征 74-874. 1SEM 和 TEM 表征 74-794. 2Raman 光譜、XPS 和 FTIR 透射光譜 79-834. 3 電性質(zhì)及氫等離子體處理對 場發(fā)射性能改善的原因 83-854. 4 本章小結(jié) 85-8

9、6 參考文獻 86-87 第 五章球磨、可溶性碳納米管的電子場發(fā)射性能87-1025. 1 高能球磨對多壁碳納米管的影響87-945. 2 可溶性碳納米管場發(fā)射性能94-995. 3 本章小結(jié) 99-101 參考文獻 101-102 第六章納米硅薄膜的電 子場發(fā)射性能 102-1136. 1 顆粒尺寸和膜厚的影響 103-1086. 2 納米 硅與多孔硅薄膜比較及氫等離子體處理的影響108-1106. 3 本章小結(jié)110-112 參考文獻 112-113 第七章氧化鋅納米結(jié)構(gòu)的制備及場發(fā)射性 能113-1337. 1 熱蒸發(fā)法 113-1227. 1. 1ZnO 納米結(jié)構(gòu)制備及場發(fā)射 性能113-1187. 1. 2 納米硅和多孔硅襯底上 ZnO 生長及場發(fā)射性能 118-1227.2 氣相輸運法 122-1