碳纳米管薄膜场发射阴极制备及对其提高场发射性能的优化处理

摘要

纳米材料是21世纪材料科学研究的热点，而碳纳米管(Carbon Nanotube，CNT)作为一种特殊的纳米级碳材料，其独特的物理、化学性能更是成为了最具研究价值的纳米材料。CNT是由一层或多层石墨片卷曲形成的一维管状结构，具有大的长径比及比表面积、化学性质稳定、机械强度高、导电性好，其管状结构的尖端和管壁缺陷都可作为良好的电子发射端，因此将其用作场发射阴极材料的器件具有开启电场低，发射电流密度高等优点，CNT也成为继钨丝、硅等材料之后最具潜力的场发射阴极材料之一。本论文首先介绍了CNT的结构与性质，在对其有了基础认识之后，详细介绍了样品的表征和制备方法，尤其重点陈述了化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition，CVD)制备MWCNT的过程，这也是后续实验中所使用的CNT的制备方法。而后利用丝网印刷技术将制备的CNT制作成为场发射阴极薄膜，并利用等离子体技术对CNT薄膜阴极进行后续处理。实验证明，氢气∶乙炔流量为80∶20 sccm混合气体等离子体处理后，CNT薄膜场发射阴极性能达到最佳。最后对CNT-FED器件存在的问题进行了讨论并提出了解决相关问题的可行方法。 第一章绪论 本章首先回顾了CNT的发现与发展，简要介绍了其结构特点及所分种类。由于CNT特殊的结构及性质，其具有出色的力学性能、光学性能、电磁性能和吸附性能等，并在复合材料、催化化学、医学工程及电子器件等领域具有很大的应用前景。其中详细介绍了CNT在场发射器件中的应用，这也是本论文的主要研究方向。 第二章样品的表征和制备方法本章首先详述了实验中对样品的多种表征方法，便于后续对样品的表面、形貌及显示效果分析。然后具体介绍了制备CNT常用的化学气相沉积法、电弧放电法和激光蒸发法，其中CVD法是本实验的主要制备方法。最后介绍了场发射阳极和阴极的浆料制备过程，为下文制作场发射器件做好准备。 第三章场发射器件的制作及使用等离子体对碳纳米管薄膜阴极的优化处理本章主要介绍了利用CNT薄膜作为场发射阴极的器件制作及对阴极的等离子体优化处理。本文中利用丝网印刷的方法将场发射器件制作成为4×4像素显示形式，利用氢气和乙炔放电形成等离子体的方法对CNT薄膜阴极进行处理，使其具有更加出色的场发射性能。实验证明，氢气∶乙炔流量为80∶20sccm的等离子体处理结果最佳，因此对其大屏幕矩阵显示奠定了基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 碳纳米管的历史

1．1．1 纳米材料概述

1．1．2 碳纳米管的发现及发展

1．2 碳纳米管的分类

1．2．1 单壁碳纳米管的结构特征

1．2．2 多壁碳纳米管的结构特征

1．3 碳纳米管的性能及应用

1．3．1 碳纳米管的性能

1．3．2 碳纳米管的应用前景

1．4 本章小结

参考文献

第二章 样品的表征及制备方法

2．1 样品的表征方法

2．1．1 扫描电子显微镜

2．1．2 透射电子显微镜

2．1．3 拉曼光谱仪

2．1．4 亮度计

2．2 碳纳米管的制备方法

2．2．1 化学气相沉积法

2．2．2 电弧放电法

2．2．3 激光蒸发法

2．3 浆料制备

2．3．1 碳纳米管浆料制备

2．3．2 荧光粉浆料制备

2．4 本章小结

参考文献

第三章 场发射器件的制作及使用等离子体对碳纳米管薄膜阴极的优化处理

3．1 场发射机制

3．1．1 场发射理论

3．1．2 碳纳米管的场发射

3．2 制作碳纳米管场发射器件

3．2．1 像素显示的实现

3．2．2 场发射器件制作

3．3 碳纳米管薄膜阴极的优化处理及显示效果

3．3．1 对碳纳米管薄膜阴极的等离子体处理

3．3．2 碳纳米管薄膜阴极的光学性质测试

3．3．3 碳纳米管薄膜阴极的电学性质测试

3．3．4 碳纳米管薄膜阴极的亮度计测试

3．4 结论与分析

参考文献

第四章 全文总结

硕士期间成果

致谢