冷壁法制备碳纳米管及其场发射特性的研究

摘要

作为性质研究与场发射应用的前提，碳纳米管制备技术受到广泛关注。然而受限于传统制备工艺，碳纳米管难以实现低成本及快速制备。
　　 本文的研究工作主要围绕冷壁法（区域加热化学气相沉积法）制备碳纳米管工艺及其场发射特性展开。以表面镀有金膜的硅片为衬底，Ni为催化剂，运用冷壁法以低成本方式快速制备出碳纳米管，并分析了冷壁法工艺条件下不同实验参数的影响。主要研究成果如下:
　　 1、分析了不同反应温度(650℃，700℃，750℃和800℃)下冷壁法制备出的碳纳米管形貌与场致发射性能。实验表明冷壁法较适宜的碳纳米管生长温度为750℃，在此条件下制备出拥有较低的场发射开启场强(1.85V/μm)及较高场的发射电流密度(450mA/cm2)的碳纳米管。
　　 2、结合反应时间(30s，60s，120s，300s和600s)，研究了催化剂颗粒直径对冷壁法制备出的碳纳米管的形貌及场发射特性的影响。实验表明管径为200nm以上的碳纳米管与衬底具有良好的附着力，但适合场发射的尖端较少。管径为100nm以下的碳纳米管与衬底的附着力较差，难以承受大电流场发射。当催化剂颗粒直径分布较为随机时，制备出具有类网格状结构的碳纳米管，并获得了1.85V/μm的开启场强与718mA/cm2的最大场发射电流密度。
　　 3、对冷壁法制备出的碳纳米管进行了老练研究，结果表明老练对冷壁法制备出的碳纳米管场发射开启场强及发射电流温度性有影响。环境温度的提升有助于降低碳纳米管的场发射开启场强。随着老练次数的增多，场发射电流逐渐趋于稳定。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 碳纳米管简介

1．2．1 碳纳米管结构

1．2．2 碳纳米管性质

1．3 碳纳米管场发射机理

1．3．1 场发射原理

1．3．2 碳纳米管的场发射机制

1．3．3 场发射性能指标

1．4 碳纳米管的制备及场发射应用研究

1．5 论文选题依据及主要工作

第二章 常用碳纳米管制备技术及冷壁法的应用

2．1 常用碳纳米管制备技术

2．1．1 电弧法

2．1．2 激光蒸发法

2．1．3 CVD法

2．1．4 制备工艺对比

2．2 冷壁法制备碳纳米管

2．2．1 冷壁法概况

2．2．2 催化剂的选用及制备

2．2．3 冷壁法制备碳纳米管生长机理

第三章 冷壁法制备碳纳米管实验设备及流程

3．1 实验设备

3．2 工艺流程

3．3 碳纳米管表征及场发射性能测试

第四章 冷壁法制备碳纳米管形貌及场发射性能的分析与结果

4．1 反应温度对冷壁法制备碳纳米管形貌与场发射性能的影响

4．1．1 实验

4．1．2 碳纳米管形貌观测

4．1．3 场发射性能测试

4．2 催化剂粒径对冷壁法制备碳纳米管形貌与场发射性能的影响

4．2．1 实验

4．2．2 结果与讨论

4．2．3 延伸性研究

4．3 冷壁法制备碳纳米管阴极老练研究

4．3．1 实验

4．3．2 结果与讨论

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

作者简介