碳纳米管薄膜及场发射性能研究

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纳米科技论文

碳纳米管性质及其应用研究进展碳是自然界分布非常普遍的一种元素。

碳元素最大的特点之一是存在着众多的同素异形体，形成许许多多结构和性质完全不同的物质。

长期以来，人们一直认为碳的晶体只有两种：石墨和金刚石。

直到1985年，英国科学家Kroto和美国科学家Smalley在研究激光蒸发石墨电极时发现了碳的第三种晶体形式C60，从此开启人类对碳认识的新阶段。

1991年，日本NEC公司基础研究实验室的电镜专家S.Lijima在用电子显微镜观察石墨电弧法制备富勒烯产物时，发现了一种新的碳的晶体结构--碳纳米管(CarbonNanotubes，CNTs)，自此开辟了碳科学发展的新篇章，也把人们带人了纳米科技的新时代。

碳纳米管的结构，形象地讲是由含六边形网格的石墨片卷曲而成的无缝纳米级圆筒，两端的“碳帽”由五边形或七边形参与封闭，根据石墨片层数的不同，碳纳米管可分为单壁管和多壁管。

由于其结构上的特殊性(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米，甚至毫米量级)，它表现为典型的一维量子材料，并具有许多异常的力学、电学、光学、热学和化学性能。

碳纳米管在制备、结构、性能、应用等方面引起了物理学、化学和材料学等科学家的极大兴趣，均取得了重大的成果。

近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔应用前景也不断显现出来。

1碳纳米管的结构和性能碳纳米管可以看作是石墨片绕中心轴按一定的螺旋角度卷绕而成的无缝圆筒，碳原子间是sp2杂化，它具有典型的层状中空结构特征，管径在0.7-30nm之间，长度为微米量级，管身是由六边形碳环组成的多边形结构，两端由富勒烯半球形端帽封口。

碳纳米管的螺旋度通常用螺旋矢量Ch=na1+ma2表示，其数值等于碳纳米管的周长，其中n，m为整数，a1、a2是石墨晶格的基矢(图1)。

在二维石墨晶片上，给定一组(n，m)便确定了一个矢量Ch。

另一个重要参量是Ch与a1，间夹角θ，称为手性角。

当n=m，θ=30°时，称其为扶手椅形碳纳米管；当m=0，θ=0°时，称其为锯齿形碳纳米管；而当0°<θ<30°时形成的所有其他类型均是手性碳纳米管(图2)。

定向碳纳米管的制备及其场发射性能研究

（ｃｏｌｆｌｃｏｉＳｈｏｅｔｎｃ＆ＩｆｒｔｎＥｇｎｅｉｇＴｉｊｉｅｓｔ，ａｊ００２ｏＥｒｎｏｍａｉｎｉｅｒ，ａｉＵｎｒｉＴｉｉ３０７）ｏｎｎｎｖｙｎｎ
ＡｂｔａｔｓｒｃＳｎｈｓｓｏｌｎｄｃｒｏａｏｕｅ（ｙｔｅｉｆａｉｅａｂｎｎｎｔｂｓＡＣＮＴｓｓａｋｙｔｃｎｑｅｉｈｉｌｆｃｒｏａｏｕｅｇ）ｉｅｅｈｉｕｎｔｅｆｅｄｏａｂｎｎｎｔｂｓ
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・
２・４
材１期Ｏ卷２
定向碳纳米管的制备及其场发射性能研究
房振乾，明，李海燕，胡梁继然
（天津大学电子信息工程学院，天津３０７）００２
多科研工作者对其场发射性能进行了大量的研究［３一ｌ
对场发射应用来说，所生长的ＣＴｓＮ都正交地排列于阴极表面是十分必要的Ｌ， “ ｌ即常说的定碳纳米管（ＮＴ）ＡＣｓ阴极阵列技术。但是，目前国内外缺少对ＡＣｓ相关技术研究的综ＮＴ合介绍。基于ＡＮ研究的重要性，ＣＴｓ本文综述了ＡＣＴｓ的制Ｎ
在场发射显示器技术领域，碳纳米管（ＮＴ）ｃｓ以其大的表面
ＰＣＤ法制备ＡＮｓＥＶＣＴ的工艺研究主要围绕如何在玻璃
和硅基体上生长ＡＣｓＮＴ。
Ｒｎ等Ｌ采用热丝ＰＣＤ在玻璃基体上制备了ＡＮｓｅ８ＥＶＣＴ，
制备温度低于所采用的玻璃基体的应变温度６６。先采用射６℃

碳纳米管的性能及应用领域

碳纳米管的性能及应用领域碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有很多异常的力学、电学和化学性能。

近些年随着碳纳米管及纳米材料讨论的深入其广阔的应用前景也不断地呈现出来。

一、碳纳米管的性能1.1力学性能不同类型的碳纳米管碳纳米管具有良好的力学性能，碳纳米管的硬度与金刚石相当，却拥有良好的柔韧性，可以拉伸。

碳纳米管的结构虽然与高分子材料的结构相像，但其结构却比高分子材料稳定得多。

碳纳米管是目前可制备出的具有最高比强度的材料。

若将以其他工程材料为基体与碳纳米管制成复合材料，可使复合材料表现出良好的强度、弹性、抗疲乏性及各向同性，给复合材料的性能带来极大的改善。

1.2导电性能碳纳米管制成的透亮导电薄膜碳纳米管上碳原子的P电子形成大范围的离域键，由于共轭效应显著，碳纳米管具有一些特别的电学性质。

碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能。

对于一个给定的纳米管，在某个方向上表现出金属性，是良好的导体，否则表现为半导体。

对于这个的方向，碳纳米管表现出良好的导电性，电导率通常可达铜的1万倍。

1.3传热性能采纳了碳纳米管涂层的热水器内胆碳纳米管具有良好的传热性能，碳纳米管具有特别大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。

另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管，该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。

二、碳纳米管的应用2.1电子领域碳纳米电子管（CNTS）是一种具有显著电子、机械和化学特性的独特材料。

其导电本领不同于一般的导体。

性能方面的区分取决于应用，或许是优点，或许是缺点，或许是机会。

在一理想纳米碳管内，电传导以低温漂轨道传播的，假如电子管能无缝交接，低温漂是计算机芯片的优点。

诸如电连接等的混乱极大地修改了这行为。

对十较慢的模拟信号的处理速度，四周环围着平向球分子的碳纳米管充当传播者已被试验证明。

碳基薄膜场致电子发射研究进展

上不同电子态的Ｃ原子杂化组合而成。自然状态下
碳以两种晶态单质形式存在：金刚石和石墨。金刚石
的价电子发生ｓｐ杂化，成四个等同的单键即叮型形
键，指向正四面体的４个顶角。石墨的价电子发生
ｓｐ型杂化，每个碳原子的三个ｓ杂化轨道分别与ｐ另外三个碳原子的ｓｐ杂化轨道形成叮键，四个价第电子位于ｐＴ道，叮轨和相邻原子ｐＴ道上的电子形叮轨
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第８卷
第ｌ６期
２００８年８月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖｏ．Ｎｏ１Ａｕ．０８１８．６ｇ２０
１７ —８９２０）６４７ —７６１１１（０８１—５６０
ＳｉｎｅＴｃｎｌｇｎｇｎｅｉｇｃｅｃｅｈｏｏｙａｄＥｎｉｅｒｎ
２００８年４月１４日收到第一作者简介：樊志琴（９Ｏ）女，１７一，河南工业大学副教授，博士，研究方向：基薄膜材料及微电子技术研究，－ｉｌｄｚ＠ｓ碳Ｅｍａ：ｈｆｌｑｉ－
等是不同Ｃ原子排序的几种结晶构造，他们分别由以
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１６期
樊志琴，：等碳基薄膜场致电子发射研究进展
成较弱的１键。白碳的价电子发生ｓ型杂化，Ｔｐ两个
同的ｓｐＣ和ｓｐＣ键合形式、比例以及氢原子含量，因此结构和特性也有很大的差异。例如：ｐＣ含量ｓ高，膜的硬度、则内应力、电阻率和密度等增加；ｐＣｓ含量高，的电导率增大，膜光学带隙减小；含量对氢薄膜的结构和性能影响也很大，非晶碳膜生长时在氢有助于稳定ｓ位，高ｓｐ提ｐＣ含量，止非晶结终构的悬键而得到宽带隙和高电阻的膜，一方面含另氢的薄膜的密度较低，度降低，是由于氢的终硬这止使三维网络结构破坏而增加结构中的较软的聚合物成分的含量。

碳纳米管薄膜场效应晶体管的初步研究

的温度区域，加热一段时间后，将石英舟移动到９００ ℃温区，再
①
收稿日期：０７一１６２０Ｏ —２作者简介：张世花（９０一。。１８）女湖北红安人。助教。
力学化学性能以及独特的电学性能，而且还体现出优于普通
规整、尺寸均匀的二维碳纳米管Ｊ他们还采用光刻技术在，石英片上构筑出分辨率小至微米级的碳纳米管图案。中科
院物理所得解思深研究员早在１９９６年通过溶胶凝胶的方
法得到含有铁纳米催化剂的多孔氧化硅，以乙炔为碳源得到
模板上的垂直的阵列多壁碳纳米管制备了纳米晶体管，晶体
管器件在３Ｋ具有很好的开关性能“ ０。利用ＣＤ方法制备Ｖ了结构规整，排列有序的二维和三维阵列碳纳米管薄膜，并应用四探针技术测量了阵列碳纳米管膜碳管轴向的垂直方向和平行方向的电学传输性能，现阵列碳纳米管薄膜是各向异发
定型碳等。和氢结合以后，以得到一系列的有机物。碳基材料范围很广，可包括小分子和聚合物，它们包括绝缘体，半导
性能和导电聚合物，具有开关性能，具有超导性能和磁性能等。将来碳基电子将有可能取代硅电子器件。固态碳有两种
成键方式，０和ｓｐ成键形式。在它的成键形式中，如富勒烯和石墨，碳是半导体性能的。富勒烯的衍生物如Ｃ０：富勒烯；纳米管；场效应晶体管
中图分类号：Ｎ３１５Ｔ２．
文献标识码：Ａ
文章编号：０ — ４８２０）２０３ — ３１８８５（０７０ — ０１００

铝基定向碳纳米管复合膜的场发射性能研究

ｃｍｐｓｔｉｓｗｉｌｍｉｕｓｂｔａｅｏｏｉｅｆｍｔａｕｎｍｕｓｒｔｌｈ
可应用于场发射阴极和扫描遂道显微镜（Ｔ的针尖等，ｓＭ）薄
膜场发射可应用于平板显示器、波功率放大器等。研究微ＣＮＴｓ的场发射特性是一个重要课题，接关系到ＣＮＴ直ｓ场发射阴极的应用。本实验研究铝基阵列式碳纳米管薄膜的场发射性能，首先采用ＣＶＤ法在石英基底上沉积阵列式碳纳米管，利用再
ＤＵｈｏｏｇ，ＨＵＡＮＧａｐｎＥＮＧｕｍｉ。ＥＮＧａｓｕＺａｈｎＧｕｎｉｇ，Ｚｇｏｎ，ＺＸｉｏｈ
（ＪａｇｉｓｏａｇｅｈＣｏａｙ，Ｎａｃａｇ３０９；２ＦｕｄｔｎＤｅａｔｎ，Ｃｉｏｌｇｆｉｎｘ，１ｉｎｘｔＳｌｒＨｉｈｔｃｍｐｎＢｅｎｈｎ３０９ｏｎａｉｐｒｍｅｔｏｔＣｌｅｏａｇｉｙｅＪＮａｃａｇ３００３ＭｅｈｎｃｌａｄＥｅｔｉｌＥｇｎｅｉｇＤｅａｔｎ，ＣｉｙＣｏｌｇｆＪａｇｉｎｈｎ３１０；ｃａｉｎｌｃｒｎｉｅｒｎｐｒｍｅｔａａｔｌｅｏｉｎｘ，Ｎａｃａｇ３００；ｅｎｈｎ３１０
摘要
关键词
研究了铝基定向碳纳米管复合膜的场发射性能，得了开启场强为１１Ｖｍ、大发射电流密度为获．５／最

碳纳米管薄膜的电泳沉积及其场发射性能研究

（．ＫｅａｏａｏｙｏｔｒｌＰｙｉｆＥｕａｉｎＭｉｉｒｆＣｉａ，ｐｒｎｈｓｃ，１ｙＬｂｒｔｒｆＭａｅｉｓｈｓｃｏｄｃｔｎｓｙｏｈｎＤｅａｔｔｆＰｙｉａｓｏｔｍｅｏｓ
摘要：用电泳沉积法在铝片上制备了碳纳米管薄膜冷阴极。通过扫描电镜、ｍａ利Ｒａｎ光谱观察分析了表面形貌和结构，并对场发射性能进行了测试。经过研磨处理的碳纳米管薄膜样品，启电场为２Ｖ当电场强度为４Ｖ时电流密度达开／ｍ，／ｍ到２０Ａ／ｍ发光点密度大于１ｃ。６０ｔｃ，￣０ｍ
关键词：泳沉积；纳米管；致电子发射电碳场中图分类号：Ｂ８．Ｔ３３１文献标识码：Ａ文章编号：０２８３（０９０一Ｏ４一Ｏ１０ — ９５２０）６０８３
碳纳米管（ＮＴｓ具有一维的结构、Ｃ）良好导电
ａ６０ｔｃｓ２０Ｌｍｗａｂａｎｄｕｄｒａｐｌｄｆｅｄｏ／Ａ／ｓｏｔｉｅｎｅｎａｐｉｉｌｆ４Ｖ／￣ｅｍ．Ｔｈｅｓｔｆｌｍｉｅｃｎｅｐｉｔｓｅｄｎｉｏｕｎｓｅｃｏｎｓｗａｙ
ＺｈｅｎｇｚｕＵｎｉｅｓｔ，Ｚｈｅｈｏｖｒｉｙｎｇｚｕ４００５ｈｏ５２，Ｃｈｉｎａ；

印刷碳纳米管薄膜场发射失效行为研究

ＳｕｙｏｈｉｕｅＢｅａｉｒｉｅｄＥｍｉｓｏｆｔｄｎｔｅＦａｌｒｈｖｏｎＦｉｌｓｉｎｏ
ＰｒｎｔｄＣａｂｎＮａｔｂｌｓｉｅｒｏｎｏｕｅＦｉｍ
ＺＥＮＧｎｇｕｎＦａ — ａｇ，ＺＨＵａｇ—ｈｕＣｈｎｃｎ，ＬＩｅ— ｕＵＷｉｈａ，ＬＩｎｈｕＵＸｉｇ— ｉ（ｃｏｌｏＳｈｏｆＥｌｃｒｎｃｎｎｏｍａｉｎＥｎｉｅｒｎｅｔｏｉａｄＩｆｒｔｇｎｅｉｇ，ＸｉａｉｏｏｇＵｎｖｒｉｓｏ ’ ｎＪａｔｎｉｅｓｙ，Ｘｉａ１０９，Ｃｉａ）ｔ ’ ｎ７０４ｈｎ
致了真空击穿的发生。通过在真空室中对印刷ＣＴ薄膜进行场发射条件下的老炼处理，效地预防了真空击穿的发生，Ｎ有并
使薄膜的场发射均匀性得到提高，实了真空老炼对预防真空击穿和提高器件工作可靠性的作用。证
关键词：网印刷；纳米管薄膜；致发射；效行为；丝碳场失老炼；靠性可
摘要：基于印刷碳纳米管（Ｔ）膜的场发射器件的失效行为进行了研究。微观分析结果表明，件失效主要是由真对ｃ薄器空击穿对ＣＴ和导电衬底造成损坏所引起的。印刷ＣＴ薄膜中存在的ＣＮＮＮＴ团聚颗粒所造成的正反馈的发热和电流增加导

碳纳米管薄膜阴极的制备与场发射性能研究的开题报告

碳纳米管薄膜阴极的制备与场发射性能研究的开题报告一、研究背景及意义碳纳米管（Carbon Nanotube, CNT）具有很高的比表面积和优异的导电性能，因此在领域中被广泛应用。

碳纳米管薄膜是一种利用大量碳纳米管通过自组装等方式形成的薄膜。

与单个碳纳米管相比，碳纳米管薄膜拥有更高的场发射效率和更好的稳定性。

因此，碳纳米管薄膜广泛应用于场发射器、柔性电子器件等领域，并被视为一种新型功能材料。

本研究旨在研究碳纳米管薄膜阴极的制备方法，并考察薄膜在场发射性能方面的表现。

为提高碳纳米管薄膜的场发射性能，本研究将结合表面化学修饰和微纳加工技术，探索改善碳纳米管薄膜阴极性能的方法，为碳纳米管薄膜的应用提供新的思路。

二、研究目标本研究的主要目标如下：1.通过自组装等方式制备出具有一定良好性能的碳纳米管薄膜阴极。

2.研究表面化学修饰对碳纳米管薄膜阴极性能的影响，探究表面化学修饰对碳纳米管薄膜阴极性能的优化效果。

3.结合微纳加工技术对碳纳米管薄膜阴极进行微纳结构设计，通过组合不同结构的碳纳米管薄膜和微纳结构，得到更好的碳纳米管薄膜阴极性能。

三、研究方法1.碳纳米管薄膜阴极的制备通过碳纳米管的分散、自组装等方法构建碳纳米管薄膜，并利用离心、热处理等方法优化薄膜的结构和性质。

2.表面化学修饰通过化学修饰的方法，调控碳纳米管薄膜表面的化学活性，改善其电子发射性能，并考察不同表面化学修饰对薄膜性能的影响。

3.微纳加工技术采用微纳加工技术，将微纳结构与碳纳米管薄膜相结合，通过设计不同结构和不同尺寸的微纳结构，达到提高碳纳米管薄膜阴极性能的目的。

4.性能测试利用场发射测试系统，对制备的碳纳米管薄膜阴极的场发射性能进行测试，并考察表面化学修饰和微纳加工等方式对碳纳米管薄膜阴极性能的影响。

四、预期成果1.制备出具有一定良好性能的碳纳米管薄膜阴极。

2.研究不同表面化学修饰方式对碳纳米管薄膜阴极性能的影响，提出改善碳纳米管薄膜阴极性能的新思路。

以碳布为基底生长碳纳米管薄膜的场发射研究

其；：一１５ ×１Ａｅ巾 “ ．４０ＶＶ！６６８ ×１ＶＶｍ，，— ．３０ｅｃＪ为电流密度（／ｍ，场增强因子，为功函数（Ｖ）Ｅ为阴Ａｃ）是ｅ，阳极间的场强（ｃ。取碳纳米管的为４５＿，算得场Ｖ／ｍ）．ｅ计ｖ
（接第５上４页）
１王振华，２主沉浮．掺杂改性纳米光催化剂的作用机理及等．改性途径．料导报，０６２（）６材２０．０ Ⅶ ：１１张青龙，毅，ＡｇＦ共掺杂纳米ＴＯ３沈等．一、ｅｉ薄膜光催化性研究．汉理工大学学报，０７２（）３３武２０，９Ｉ：２
８Ｊａ — ａｃＢｎｒｅ１Ａｐｌｙｔ，９８，３：１ｅｎＭｒｏａｄ，ｔａ．ｐＰｈｓＩｅｔ１９７９８
９Ｒａｈｎｎａｅｌｂｙｎ。ｔａ．ＡｐｌＰｈｓＩｅｔ２０，８ｇｕａｄｎＳｅａｏｉａｅ１ｐｙｔ，０６８
４１０４
；、ｔ。；）
在场发射电流密度为１ｍｃ０Ａ／ｍ时对碳纳米管进行了４５的稳定性测试，图４结果显示碳纳米管薄膜具有较强的．ｈ如，
：；ｊ），、ｔ ≯
Ｅ／（／ｍ）Ｖ
图３碳纳米管场发射特性分析
Ｆｇ３Ｆｅｄｅｓｉｎｐｏｅｔｓｏｉ．ｉｌｍｉｏｒｐｒｉｆＣＮＴｓｅｓ

碳纳米管的场发射特性研究

管一般分为单壁管（ｉｇｅｗａ１及多壁管ｓｎｌ— ｌ）
（ｌ— ｌ。由于碳纳米管高长径比的结构以及小ｍｕｉｗａ１ｔ）
的尖端曲率半径在碳管顶部所引致的场增强效应很大，使得电子因材料表面水平与真空水平的变形而
隧穿的几率大增。相较于高成本的传统制程，以
于涛：纳米管的场发射特性研究碳
文章编号：０６６６（０８１－０３０１０ — ２８２０）１０３ — ４
碳纳米管的场发射特性研究
于涛
（福州大学物理系，福州３００）５１８
摘要：主要探讨碳纳米管场发射特性的理论，望能将碳纳米管所拥有的绝佳场发射结果应希
ｉｈｕｕｅｎｔｅｆｔｒ．
Ｋｅｗｏｄ：ａｂｎｎｎｔｂｓｆｌｅｓｉｎＦｗｌｒｏｄｅｍ（Ｎ）ｈｏｙｙｒｓｃｒｏａｏｕｅ；ｉｄｍｉｓｏ；ｏｅ —ＮｒｈｉＦｔｅｒｅ
引言
碳纳米管（ｒｏａｏｕｅ，Ｎ）碳原子组ｃｂｎｎｎｔｂｓＣＴ是ａ
ｄｓｌ（ＥＤ）ａｄｏｈｒｅｅｔｏｉｅｉｅ．ｅｓｕｙｗａｔｒｅｉｈｎｌｓｓａｄｉｐａｙＦｎｔｅｌｃｒｎｃｄｖｃｓＴｈｔｄｓｓａｔｄｗｔｔｅａａｙｅｎｈ
ｄｓｕｓｏｓｏｈｉｄｅｉｓｏｒｐｒｆｔｅＣＮｓｕｄｒａｉｕｈｏｉｓｎｔｅｔｅｉ，ｉｃｓｉｎｆｔｅｆｅｍｓｉｎｐｏｅｔｏｈＴｎｅｒｓｔｅｒ．ＩｈｈｓｓｌｙｖｏｅｔｅｆｌｅｉｓｏｈｒｃｅｉｔｓｏｈｈｉｄｍｓｉｎｃａａｔｒｉｆｔｅＣＮＴＳｉｆｅｃｄｂｈｃｅｎｎｆｅｔｏｎｅｓｃｓｉｎｌｎｅｙｔｅｓｒｅｉｇｅｆｃｆｏｅｕ

高取向碳纳米管薄膜和碳纳米管束薄膜的场发射性质研究

米管薄膜的开启电场为３９／ｎ场增强因子为３０；碳纳米管束薄膜的开启电场为２９ｇ．Ｖｐ，ａ００．Ｖ／ｍ，场增强因子为５０。２０【关键词】碳纳米管；热解；ＦＥ；增强因子Ｅ
【中图分类号１４１０４６【文献标识码】Ａ【文章编号１０７１６（ｏ８１－０２ —４１０－８５２ｏ）ｏ０１０
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｈｉｈａｉｎｄｃｒｏａｏｕｅｈｎｆｌａｄｃｒｏａｏｕｅｂｎｌｓｔｉｌｗｅｅｓｎｈｓｚｄｂｈｔｏｆｇｌｅａｂｎｎｎｔｂｓｔｉｍｎａｂｎｎｎｔｂｕｄｅｈｎｆｍｒｙｔｅｉｅｙｔｅｍｅｈｄｏｇｉｉｐｒｌｚｎｅｒｃｎ／ｌｍｉｅｍｉｔｒｓＣａｂｎｎｎｔｂｓｇｏｎｓｌａｗａｅａｅｔｅｕｉｒｏｔｒｄａｔｒｂｕ２ｎａｄｙｏｙｉｇｆｒｏｅｅｍｅａｎｘｕｅ．ｒｏａｏｕｅｒｗｎｏｉｃｆｒｈｖｈｎｆｍｕｅｉｍｅｅｓａｏｔ２ｍｎｉｏｌｎｔｂｕ０／ａｄｔｏｅｏｅａｃｗａａｅｔｅｖｒｕｅｉｍｅｅｓｆｒｔ０ｎａｄｌｎｔｓｆｏ２ｏ１０／ｅｇｈａｏｔ４ａｍｎｓｎｃｒｍｉｈｆｒｈｖｈａｙｏｔｒｄａｔｒｏｍ１ｏ９ｍｎｅｇｈｒｍ０ｔａ００ｍＴｅｅｈｓｃｒｏａｏｕｅａｒｃｔｄｉｅｐｐｒｒｌｍｕｔｗａｌｄａｄｐｒａｂｎｔｂｓａｄｍａｙｄｆｃｓａｄｇａｈｔａｌｇｘｓｅａｂｎｎｎｔｂｓｆｂｉａｅｔａｅｅａｌｎｈｗｅｌ — ｌｎｕｅｃｒｏｅｎｎｅｅｔｎｒｐｉｆｕｔｅｅｉｉｔｉｅｕｅａｔｎｈｔｂｌｅｔｒ — ｎｅｅｔｃｌｅｄｏｉｈａｉｎｄｃｒｏａｏｕｅｉｌｗａｂｕ．Ｖ／ｉｎｈｅｄｅｈｎｅｎａｔｒｕｅｗａｌＴｈｎｏｌｃｒａｌｆｈｇｌｇｅａｂｎｎｎｔｂｓｔｎｆｍｓａｏｔ３９ｓｕｉｆｉｈｉｇａｄｔｅｆｌｎａｃｍｅｔｃｏｎｉｆｗａ００Ｔｅｕ — ｎｅｅｔｃｌｅｄｏａｂｎｎｎｔｂｕｄｅｉｌｗａｂｕ．Ｖ／ｍｎｅｆｌｎａｃｍｅｔａｔｒｓ５０．ｓ３０．ｈｒｏｌｃｒａｆｌｆｒｏａｏｕｅｎｌｓｈｎｆｍｓａｏｔ９ｇａｄｔｅｄｅｈｎｅｎｃｏ２０ｔｎｉｉｃｂｔｉ２ｈｉｆｗａＫｅｗｏｄ：ａｂｎｎｎｔｂ；ｐｒｌｓｓｙｒｓｃｒｏａｏｅｕｙｏｙｉ；ＦＥＥ；ｅｈｎｅｎｃｏｎａｃｍｅｔａｔｒｆ

碳纳米管薄膜制备及应用研究进展

１　碳纳米管薄膜的制备1.1　高密度高取向碳纳米管膜的制备由浮动催化化学气相沉积制备方法（FCCVD）所制备的薄膜具有良好的取向性，但密度较低。

然而，制备出的碳纳米管的丝带聚集在一起用乙醇溶液进行喷雾致密，当乙醇蒸发后形成一层疏松的碳纳米管膜，然后将疏松的碳纳米管薄膜从主轴上剥离出来放在两个光滑的压力为100N的压力板之间挤压，即可以获得高取向、高密度的CNT薄膜[1-2]。

如图1所示，为高密度、高取向碳纳米管薄膜的制备过程。

其中，图1（a）为高密度高取向碳纳米管薄膜的制备过程，图1（b）、图1（c）、图1（d）分别为碳纳米管丝带、疏松碳纳米管薄、高密度高取向碳纳米管薄膜膜宏观图像。

图１　高密度高取向碳纳米管薄膜的制备过程1.2　浮动化学气相沉积法制备高强度薄膜王健农教授课题组创新性地利用浮动化学气相沉积法连续制备出碳纳米管宏观筒状物，并在开放大气环境下将CNT薄膜，图2（b）为拉伸曲线，图2（c）为端口形貌。

图２　所制备ＣＮＴ薄膜、拉伸曲线和端口形貌综上所述可以看出，直接合成机械性能优异、高密度、高取向度的碳纳米管薄膜的研究工作还处于实验研究阶段。

要想获得可应用的具有优越性能的碳纳米管纤维和早日将其应用于实际生活，还需要做很多研究工作。

２　碳纳米管薄膜的应用2.1　碳纳米管长度优化制备透明导电薄膜基板初始长度为10～15μm多壁碳纳米管经过30min、60min和120min的回流，其长度分别降低到1200nm、205nm、168nm。

然后，将多壁纳米管分别在285℃退火24小时，所得碳纳米管薄膜的电气和光学性能将大大提高。

薄膜的光学和电气性能强烈依赖于碳纳米管的长度。

制备薄膜的多壁碳纳米管回流30min所得到的薄膜光学透过率分别高于回流60min和120min薄膜的2.6%和6.6%。

多壁碳纳米管回流30min所得的样品薄膜的薄层电阻也降低了45%和80%。

此时，薄膜还具有最小粗糙度[5-10]。

碳纳米管／二氧化硅复合材料制备及场发射特性研究

（ｃｏｌｏｙｉａｅｔｏｉｓＳｈｏｆＰｈｓｃｌＥｌｃｒｎｃ，ＵＥＳＴＣ，Ｃｈｎｄ１０４ｅｇｕ６０５）
ＡｂｔａｔＳｒｃ
ＣＴｓＳＯ２ｏｏｉｙｔｅｉｄｂｏ一ｅｍｅｈｄａｄｔｅｆｌｍｉｉｒｐｒｉｒｔｄＮ／ｉｍｐｓｅｉｓｎｈｓｅｙｓ１１ｔｏｎｈｉｄｅｓｏｐｏｅｔｓａｅｕ — ｃｔｓｚｇｅｓｎｅ，电导率和热导率高，而成为最好的场发射平面显示器的阴极材料之一＿。人们在采用化学气相沉２］积法（ＶＤ制备定向碳纳米管薄膜［Ｃ）３及其场发射特性研究等 “ 方面已经开展了大量的工作，但仍存在Ｃｓ基体材料之间ＮＴ与常为范德华力，在很高的电场下容易脱落＿和Ｃｓ顶端常附５］ＮＴ有催化剂＿影响发射等问题。为解决上述问题人们研究了采用６］
与碳纳米管复合的新材料，研究其场发射特性。Ａｌａｄｏ并ｅｎｒｕｘ
１实验
１１碳纳米管的制备与提纯．
ＣＴｓＮ的制备采用化学气相沉积法，以二茂铁为催化剂前
驱体，氢气为载气，乙炔为碳源，７０催化裂解得到多壁在０℃
摘要
采用溶胶一凝胶法制备了碳纳米管／二氧化硅复合材料，并对复合材料的场发射特性进行了研究，结果表
明：复合材料有很好的场发射特性，有１（含ｏ质量分数）ＮＴＣｓ的复合材料开启场较低（．８／ｍ）０９ｖｕ。研究了用稀ＨＦ溶液处理复合材料表面后场发射性能，发现场发射性能明显改善，开启场由ｏ９ｖ／ｍ下降到０７Ｖ／ｍ，．８ｕ．３／发射电Ｉ流为ｌｍＡ／ｍ时的电场由２Ｉｕ下降到１Ｏｕｃ．Ｖ／ｒｎ．Ｖ／ｍ。研究表明碳纳米管／二氧化硅复合材料非常适用于场发射平

镍／碳纳米管复合薄膜的制备及其性能的研究

了不易去除的金属催化剂 … ；网印刷方法引入了丝有机添加剂，膜厚度、匀度不易控制，碳纳米薄均且管和基底的结合只依靠有机质粘接和碳纳米管基底
本身又是一种多孔疏松的材料，得碳纳米管薄膜使的稳定性得不到保证，力学和电学性能也得不到其
与现有的微电子工艺相兼容。与之前的大部分碳纳米管成膜方法不同，泳电的方法自从被应用于碳纳米管成膜以来［就因其，工艺容易实现、纳米管密度厚度易控制、膜均匀碳成
高效而得到广泛关注＿Ｉ］５７。但是，由于碳纳米管和基底的结合仅仅靠范德华力吸附［，碳纳米管膜而
２实验
实验中使用电弧方法生长的多壁碳纳米管（ＭＷＮＴ，度为２ｍ～５ｍ，径为２ｍ～）长直０ｎ５ｍ。纳米管经过３１的浓硫酸和硝酸处理１ｈ０ｎ碳：，再经过离心分离和回流冲洗至中性，以去除催化剂和游离碳杂质，同时使碳纳米管表面带上羧基。将处理好的碳纳米管１ｍｇ分散在５０ｍＬ丙酮～３ｍｇ０
１％）薄膜整体仍体现出碳纳米管的优异性能。０，
关键词：碳纳米管（Ｎ）复合薄膜；；ＣＴ；镍电泳；电镀
文献标识码：Ａ中图分类号：Ｂ４Ｔ４Ｔ３；Ｂ３

碳纳米管的场致发射研究进展

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２ＯＯ２年４月
西安电子科技大学学报（自然科学版）
３ＶｔＯＣｑＲＡＬ凹ＸＩ｝ＮＵＮＶＳＩＩＩＡＩＥＲ／Ｙ
Ａ叶０皿
．
第嚣卷
第２期
Ｎｏ２．
碳纳米管的场致发射研究进展
徐强，吴振森，李德昌
（西安电亍科技太学理学院，陕西西安７０７）１０１摘要：碳纳米菅的研制和应用是一『新＊曲科学技术．１碳纳米蕾薄膜机械强度高，学稳定性好，化井且
有碾低的发射场强阐值，较高的发射电流密度．纳米管阵列薄膜的这些特性显示出在场致发射应用碳其中的蓖好前景．了碳纳米管曲几种生产工艺、舟颦碳纳米管在场致发射方面曲研究和应用及最新动态．
ａｙ曲町嘻，ａｄｃ咖１］ｆｎｂｙｉｅｆ１ｗ血岫ｎｒ８ｉｉ删
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ｎｌａ￣ｔｉｆｍｓａｅａｉｍｏｌｈｎｉｒｘｌｔ￣
．
ｉｄｏｎｈ￣ａｉＩｆｌｌｗａｄｔｅｅｆａｎｃｊ既ｔｅｉａＩ１
比较了不同生产工艺的忧缺点爱埽致发射的特性，分析了碳纳米管用于埽袭发射存在的不足和发展前
景
关键词：碳纳米管；埽致发射；学电磁
中围分类号：Ｉ０．Ｔ１４３￣文瞳标识码：文章编号：０ — ａｌ０２０－２９￣Ａ１１２ｏｚ０）２４４Ｏ４ｏ
０ｈａｏｅＬｅｉｆｔｅｎｎｍｂ瑁ｄｌｌ

碳纳米管场致发射特性的研究进展

制以碳纳米管为阴极的显示器的关键是制备高质量
的大面积图形化碳纳米管阵列。
２碳纳米管阵列的制作方法
碳纳米管阵列的制作方法通常有两种：种一是采用化学气相沉积（Ｖ）术在衬底上直接ＣＤ技生长碳纳米管，底通常用硅片和玻璃，在其衬并上覆盖Ｎｉｌｆ２Ｆ［１ｆＰ１等作为催化剂，１［【ｆｅ８ ” 、ｄ９５。１、１ｌ这种方法可以很好控制碳纳米管的尺寸、密度和排列，是制备垂直排列碳纳米管阵列最可靠
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李君仁，郭震宁：碳纳米管场致发射特性的研究进展
文章编号：０６６６（０６０ — ０５０１０ — ２８２０）３０４ — ６
碳纳米管场致发射特性的研究进展
李君仁。郭震宁（华侨大学信息科学与工程学院，建泉州３２２）福６０１
示了由该公Байду номын сангаас司开发的采用碳纳米管的ＦＤ面板。研Ｅ
现代显示Ａｖｎｅｉｌｙ４５ｄａｃｄＤｓａｐ
Ｍａ２０ｒ０６
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李君仁，震宁：纳米管场致发射特性的研究进展郭碳
摘
要：纳米管（ＮＴ）￣碳Ｃ－有优良的场致发射特性，场致发射器件的理想阴极材料。本文介Ｊ．－是

最优实验条件下碳纳米管膜的场发射特性

方法，不锈钢衬底上直接沉积碳纳米管膜。通过正在
交设计方法综合研究了反应温度、压、积时间、气沉甲
用甲烷和氢气，甲烷为碳源，气为稀释气体。因为反氢应温度、压、气甲烷和氢气的流量（度）沉积时间都浓、
樊志琴等：优实验条件下碳纳米管膜的场发射特性最
最优实验条件下碳纳米管膜的场发射特性
樊志琴，根旺，蔡李瑞，黄浩，张君德，建星，广生王康
（河南工业大学理学院，南郑州４００）河５０１摘要：利用微波等离子体化学气相沉积（ＣＭＰＶＤ）
（ ℃）
５０～６０００
７０～８０００
文章编号：０１９３（ＯＯ增刊１一２９０１０７ｌ２ｌＪＩ０２ —３
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影响碳纳米管的成膜质量，而影响它的场发射性能。从在实验中，保持氢气的流量（０ｍＬｍｉ）１０／ｎ不变，因此设
计正交表时有４个独立的因子：应温度、压、积反气沉
时间、甲烷流量。根据前期探索实验的经验，个因子每取３个水平。详细的选择方案如表１示。根据以上所

高导热碳纳米管薄膜

高导热碳纳米管薄膜高导热碳纳米管薄膜是一种具有优异导热性能的新型材料。

碳纳米管是由碳原子通过共价键连接而成的纳米管状结构，具有高强度、高韧性和高导电导热性能等特点。

将碳纳米管制备成薄膜形式，不仅可以发挥其优异的导热性能，还可以方便地应用于各种领域。

高导热碳纳米管薄膜在微电子器件散热方面具有重要应用价值。

在微电子器件中，由于器件体积小、功率密度高，产生的热量往往难以有效散发，容易导致器件温升过高，降低器件性能甚至损坏器件。

而采用高导热碳纳米管薄膜作为散热材料，可以大大提高器件的散热效率，有效降低器件温度，保证器件的正常工作。

高导热碳纳米管薄膜的制备方法多种多样，常见的方法包括化学气相沉积法、溶液旋涂法、真空滤膜法等。

这些方法都能制备出高质量的碳纳米管薄膜，但各有特点。

其中，化学气相沉积法是一种较为成熟的方法，可以制备出高质量、大面积的碳纳米管薄膜。

溶液旋涂法和真空滤膜法则相对简单易行，适用于小面积的薄膜制备。

高导热碳纳米管薄膜的导热性能主要取决于碳纳米管的结构和排列方式。

碳纳米管的导热性能与其内径、外径、壁厚等参数有关，而碳纳米管薄膜的导热性能则与碳纳米管的排列方式、间距等因素密切相关。

研究表明，碳纳米管薄膜中碳纳米管之间的距离越小、排列越紧密，其导热性能就越好。

高导热碳纳米管薄膜的应用领域广泛。

除了微电子器件散热外，它还可以应用于太阳能电池、光电器件、传感器、导热材料等领域。

在太阳能电池中，高导热碳纳米管薄膜可以提高太阳能电池的光电转换效率，并帮助散发热量，保持太阳能电池的稳定性能。

在光电器件中，高导热碳纳米管薄膜可以提高器件的工作效率，减少能量损耗。

在传感器中，高导热碳纳米管薄膜可以提高传感器的灵敏度和响应速度。

在导热材料中，高导热碳纳米管薄膜可以替代传统的导热材料，提高导热效率。

高导热碳纳米管薄膜是一种具有广泛应用前景的新型材料。

它的制备方法多样，导热性能优异，可以应用于微电子器件散热、太阳能电池、光电器件、传感器、导热材料等领域。

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碳纳米管薄膜及场发射性能研究
作者：陈宏业等
来源：《科技创新与应用》2015年第21期
摘要：文章利用电泳沉积技术将四种不同规格的碳纳米管制备成冷阴极薄膜，通过研究其场发射性能得出，管径为10-20nm，长度为
关键词：碳纳米管；场发射；电泳沉积
引言
碳纳米管以其奇特的电学、力学和机械特性，受到人们的广泛关注[1-2]。

随着研究的深入，CNTs发射阀值低、电流密度大等独有的电学和场发射特性，更是被视为场发射显示器（FED）最为理想的材料之一[3-4]。

制备场发射显示器的关键是制备具有高效场发射特性的CNTs阴极。

目前，制备CNTs阴极的方法大致有三种：化学气相沉积法、丝网印刷法和电泳沉积法[5-6]。

化学气相沉积法制备成本高；印刷法制备过程难以控制；而电泳沉积法制备过程简单，成本低廉，开启电压低，稳定电流密度高，显示出广阔的应用前景[7-8]。

本实验选用四种不同管径和长度的多壁碳纳米管颗粒进行场发射实验，探究其场发射性能特点。

1 实验
本实验采用的是中国科学院成都有机化学有限公司生产的多壁碳纳米管，材料具体参数如表1。

本实验操作过程为：将研磨充分的0.25g碳纳米管加入200ml含有的稳定悬浮的异丙醇电泳液中，形成所需的电泳溶液，用超声波振荡仪超声分散1个小时，电泳电压确定为70v，通过调节电解质的含量，控制电流为2.0mA/cm2左右，电泳时间确定为5分钟，阴阳极极板间距为1cm，阴阳极基体为打磨较粗的不锈钢片，尺寸20×20mm，沉积获得碳纳米管镀层样品。

电泳沉积获得的实验样品在200°C的远红外快速恒温干燥箱干燥，干燥后的样品作阴极，以覆有荧光粉的ITO玻璃作阳极构成二极管结构，在压强为5×10-5Pa的真空下和阴阳极间距为270μm进行场发射实验。

2 结果与讨论
利用二极管机构对所制备的CNTs阴极进行了场发射性能测试。

从场发射性能测试看，四种样品的I-U变化大致相同，但是在某些重要数值点上存在较大的差异：样品1的和样品2的开启电压要比样品3和样品4的开启电压低，其中样品2的开启电压最低为450V；当稳定电流达到1000μA时，样品1所需要施加的电压为900V，样品2小于900V，而样品3和样品4均要1000V以上。

因此，从本实验性能测试来看，A类和B类碳纳米管的场发射特性优于C类和D类碳纳米管的场发射特性。

对制备的CNTs阴极样品做发光照片分析，可知，样品1和2的发光效果较好，发光点均匀，发光密度较大，而样品3和4发光颗粒不均匀，薄膜表面出现不发光点，甚至出现较大光斑。

本实验采用的四种规格的碳纳米管制备的样品中，样品2的发光效果最好，这很可能是因为样品2采用的碳纳米管的管径和长度都较小具有的场增强作用并且沉积薄膜较为均匀导致的。

3 结束语
本实验通过测试四种不同规格的碳纳米管薄膜的场发射性能，得到以下结论：较小管径的碳纳米管的场发射性优于较大管径的碳纳米管，并且管径10-20nm、长度小于20μm的碳纳米管薄膜开启电压可低至450V，当电压达到900V时持续稳定电流达到1000μA，发光照片显示光点分布均匀，明亮，发光效果最佳。

参考文献
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[13]吕文辉，宋航，金义鑫，等，电泳沉积图形化碳纳米管场发射阴极及其场发射特性研究[J].真空科学与技术学报，2007，5.
[14]韦进全，张先锋，王昆林.碳纳米管宏观体[M].北京：清华大学出版社，2006.
*通讯作者：张兰，女，河南郑州人，教授，博士生导师，从事先进材料的制备与力学性能研究、材料与设备安全性能的研究与评估。