硅锥、碳纳米管及石墨烯的场发射性能研究

摘要

场致电子发射是冷阴极电子发射，可广泛应用于平板显示器、X射线管电子源、电子显微镜等多个领域。本论文分三个部分分别研究硅纳米锥、碳纳米管及石墨烯场发射特性。
　　用离子束轰击方法制备硅纳米锥阵列，研究其场发射性能，发现场发射电流稳定性良好，在长达24个小时的发射过程中，电流的最大波动值为6.2％。X射线衍射发现硅纳米锥锥尖覆盖硅化物，这些硅化物保护硅纳米锥、降低其功函数、增大费米能级附近的电子态密度、减少气体吸附进而提升了硅纳米锥的场发射性能。
　　用波长为1064nm、脉冲宽度为1ns、重复率为10Hz、功率分别为120mW和300mW的YAG激光处理碳纳米管薄膜，发现适当强度的激光处理可以增加碳纳米管缺陷，并且有助于烧蚀掉覆盖在碳纳米管薄膜表面的有机附着物，有效增加场发射点，提高薄膜的场发射性能;利用电解液处理丝网印刷碳纳米管薄膜，研究其低温场发射性能。结果表明温度越低，碳纳米管薄膜的开启电场越高，电流密度越小。由实验数据计算表明功函数随温度降低而增大。
　　通过常温常压N2等离子体处理石墨烯薄膜，研究石墨烯薄膜的场发射性能。结果表明等离子体方法可以增加石墨烯薄膜的缺陷，改善场发射性能;进一步研究低温场发射，实验结果与F-N理论不符，用半导体场发射理论能较好地解释实验结果;用丝网印刷制备石墨烯薄膜，制备阴极图案，搭建二极管结构场发射显示器件，实现图像的场发射静态显示。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 纳米材料简介

1．2 硅锥、碳纳米管及石墨烯概述

1．2．1 碳纳米管及石墨烯的原子、电子结构

1．2．2 碳纳米管及石墨烯的性质

1．2．3 硅锥、碳纳米管及石墨烯的制备

1．2．4 碳纳米管及石墨烯的应用

1．3 硅锥、碳纳米管及石墨烯场发射国内外研究现状

1．4 本论文的研究目的、内容及意义

1．5 本章小结

第二章 场致电子发射

2．1 场发射原理

2．2 影响场发射的因素

2．2．1 几何结构的影响

2．2．2 表面功函数的影响

2．2．3 其他因素的影响

2．3 场发射评价指标

2．4 本章小结

第三章 硅锥的场发射性能研究

3．1 样品准备

3．2 硅锥的场发射结果与讨论

3．3．本章小结

第四章 碳纳米管场发射性能研究

4．1 样品准备

4．2 激光处理的碳纳米管薄膜场发射性能

4．3 电解液处理的碳纳米管薄膜的低温场发射性能

4．4 本章小结

第五章 石墨烯场发射及其改性处理

5．1 样品准备

5．2 等离子体处理的石墨烯薄膜场发射性能

5．3 等离子体处理的石墨烯薄膜低温场发射性能

5．4 本章小结

第六章 场发射静态显示的实现

6．1 显示器

6．2 样品准备

6．3 实验结果及讨论

6．4 本章小结

第七章 总结和展望

7．1 总结

7．2 展望

7．3 本文创新点

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文目录