碳纳米管在场发射显示器中的应用及影响
探讨碳纳米管场致发射显示器的研究进展
探讨碳纳米管场致发射显示器的研究进展李聪1骆铮2（1.河南农业大学理学院，河南郑州450002；2.中原工学院电子信息学院，河南郑州450007）摘要：碳纳米管以其独特的电子发射性成为比较理想的场发射阴极材料，以碳纳米管做阴极场致发射显示器成为目前显示器技术研究发展的目标，碳纳米管场致发射显示器制造成本低功耗更加小具有广阔的发展前景。
而且碳纳米管在硅底基座能够生长，可以把显示器驱动直接预制在硅基上，利用纳米管可以在室温下生长的特点，把电路与碳纳米管集成以达到使显示器轻薄的要求。
关键词：碳纳米管；场发射显示器一、显示器介绍在显示器的应用中CRT显示器因其体积、功耗等原因已经被淘汰使用，液晶显示器（LCD）与等离子显示器（PDP）的发展不断推进，其中液晶显示器因其功耗低，体积小面板薄等优点被广大用户广泛使用，但是单就显示效果而言。
阴极射线管显示器（CRT）显示效果最佳，CRT显示器亮度高、视角广、色彩抱和度、分辨率高等优点是PDP与LCD远远达不到的，目前仍然有些专业领域还在使用CRT显示器，如专业绘图领域等。
如何既能达到CRT显示器的性能指标，又可以减轻重量达到LCD显示器的轻薄程度一直是显示器领域重视的问题。
在这种情况下场致发射显示器（FED）逐渐进入业界视角，场致发射显示器的显示图像是唯一能够与CRT显示器相比的显示器，而且FED显示器同时具备CRT的画质与LCD的轻薄特点，被称作平板CRT。
FED具有非常广阔的发展前景。
碳纳米管（CNT）是在九十年代由日本人首先发现，它是石墨平面按照一定的方向卷曲形成的碳结构，具有独特点血特性。
自从CNT第一次被用作场发射阴极电子源，碳纳米管就一直被作为阴极电子发射场首要材料。
二、场致发射显示器简介场致发射显示器（FED）所采用的是场致发射冷阴极，发射的阴极阵列排列，几个发射体对应一个像素。
FED的工作原理还利用强电场的作用，阴极材料表面发生改变，阴极发射体中电子冲击阳极的荧光粉而使荧光层发出光。
碳纳米管在场发射显示器中的应用及影响
碳纳米管在场发射显示器中的应用及影响陈凯06006311前言：显示技术作为多学科交叉的综合技术，已经渗透到当今民用和军用的各个领域，发挥着重要的作用。
尤其在以网络和无线通讯为标志的信息时代，上下“信息高速公路”均需以显示器作为平台，因而对显示技术的期望值更高。
显示技术的产业化将在信息时代得到进一步的发展，并将创造更大的社会财富。
在阴极射线管(CRT) 、薄膜晶体管液晶(LCD) 、等离子体(PDP) 、有机电致发光等诸多显示器件中，CRT器件目前最为成熟，在全球市场上占据主导地位，它具有高亮度、高分辨率、全视角等优点，人们已广泛接受了其色彩和画质，因而它也成为人们衡量其他显示质量的一个无形标准。
但CRT存在着体积庞大、笨重、功耗高等缺点。
如何保留CRT的色彩与画质，并使CRT数字化、薄型化是科技界与产业界十分关注的问题。
而场致发射显示器(FED)，则因为其发光原理上与CRT较为相似，故在是唯一的图像质量可与CRT相媲美的平板显示器，最符合电视特性，并且更易制备出较大显示面积。
然而，经过多年的努力，商品化的场发射显示器仍然难以进于市场。
究其原因，在于就场发射显示器的关键技术：阴极电子发射材料而言，传统的尖锥冷阴极加工工艺复杂，使得成品率难以提高，成本很难降低。
而碳纳米管阴极的出现，为这一显示技术提供了新的突破点。
一、FED显示器的原理及结构场发射电极理论最早是在1928 年由R.H.Eowler 与L.W.Nordheim 共同提出，不过真正以半导体制程技术研发出场发射电极组件，开启运用场发射电子做为显示器技术，则是在1968 年由C.A.Spindt 提出, 随后吸引后续的研究者投入研发。
其工作原理是：众多的阴极发射体以阵列状排列，每一个像素对应于一个或若干个发射体。
在强电场作用下，阴极材料表面势垒高度降低，势垒宽度变窄，阴极发射体中的电子通过隧道效应穿透势垒发射到真空中，并轰击阳极上的荧光粉层而发光。
碳纳米管的制备方法和应用
碳纳米管的制备方法和应用碳纳米管是由纳米级的碳原子构成的一种纳米材料，具有独特的物理和化学性质，被广泛应用于各个领域。
本文将探讨碳纳米管的制备方法以及其在材料科学、电子学和生物医学中的应用。
一、碳纳米管的制备方法目前，常见的碳纳米管制备方法主要有化学气相沉积法、电化学沉积法、电弧放电法和碳热还原法等。
化学气相沉积法是制备碳纳米管最常用的方法之一。
该方法利用金属催化剂（如铁、铜等）和含碳的气体（如一氧化碳、甲烷等）在高温下反应，生成碳纳米管。
这种方法可以控制碳纳米管的尺寸和结构，制备出高质量的碳纳米管。
电化学沉积法是一种较为简单和经济的制备方法。
通过在电极表面施加电压，使金属离子在电极上还原并沉积成碳纳米管。
这种方法可以在常温下进行，对环境友好，但产出的碳纳米管质量较低。
电弧放电法是一种高温高压条件下制备碳纳米管的方法。
通过在金属电极之间施加高电压，形成电弧放电，使电极表面的碳物质蒸发并在高温高压下形成碳纳米管。
这种方法制备出的碳纳米管尺寸较大，结构较不规则。
碳热还原法是使用碳源将金属氧化物还原成金属，并在高温下生成碳纳米管。
这种方法能够制备出高纯度的碳纳米管，但操作条件较为复杂。
二、碳纳米管在材料科学中的应用由于碳纳米管具有优异的力学性能、导电性和热导性，因此在材料科学中有广泛的应用。
碳纳米管可以添加到复合材料中，提高材料的力学性能和导电性。
此外，碳纳米管还可以用于制备超级电容器和锂离子电池，因为其具有较大比表面积和良好的电化学性能。
另外，由于碳纳米管具有较高的比表面积和孔隙结构，可以用作吸附剂来去除水和气体中的有害物质。
碳纳米管的应用还延伸到柔性电子学和传感器领域，用于制备柔性显示器件和高灵敏度的传感器，如压力传感器和化学传感器等。
三、碳纳米管在电子学中的应用碳纳米管由于其独特的电子性质，被广泛应用于电子学领域。
碳纳米管可以用作场发射源，用于制备高亮度和高分辨率的显示器件。
此外，碳纳米管也可以用于制备柔性电子器件，如柔性电池和柔性晶体管等，具有重要的应用价值。
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。
碳纳米管材料在电子场发射中的应用
碳纳米管材料在电子场发射中的应用近年来，随着科技的不断进步和人类对科技的需求不断增加，诸如半导体、光电、化学等领域的纳米材料也得到了快速的发展。
其中，碳纳米管(CNTs)材料是天然的纳米结构，具有优异的导电性和力学性能，甚至可以替代硅制造微电子元件，因而成为了新一代电子材料的热点研究对象。
本文主要阐述碳纳米管材料在电子场发射中的应用。
一、碳纳米管(CNTs)介绍碳纳米管是由单一或多个碳原子单层(石墨烯)经卷曲而成的结构，主要分为单壁碳纳米管(SWNTs)和多壁碳纳米管(MWNTs)。
其中SWNTs是把单层石墨烯卷曲而成的管状物，具有较好的导电性和力学性能；MWNTs是由多个管子套在一起形成的结构，比SWNTs更加具有可塑性和强度，但导电性能略次于SWNTs。
二、电子场发射电子场发射又称作“冷阴极发射”，是指在真空环境下，由于电场作用，超过了金属表面的一定电势差，使得被固定在金属表面上的电子云某个电子能量上升而脱离金属带离，进而发射出去的物理现象。
电子场发射技术被广泛应用于x射线管、电视显像管、扫描电镜、电离室、激光器的电子泵浦等领域。
三、碳纳米管材料在电子场发射中的应用由于碳纳米管具有较好的导电性和力学性能，在电子场发射中，工程师们发现将碳纳米管材料嵌入在石墨等其他材料上，可以提高其电子发射性能和生命周期，并拥有一系列应用。
具体如下：1.电子设备技术由于碳纳米管具有快速、稳定和高效的发射性能，因此许多电子设备技术都在研究利用碳纳米管作为电极。
其中，发射型平面显示器的发展是一个典型的例子，在其中，碳纳米管是一种理想而又实用的冷阴极材料。
相较于传统电子器件的加工方式，可使用碳纳米管的加工方式更加灵活方便，能够大幅度提高发射器件的稳定性和寿命，同时保持其高效的发射能力。
2.生物医药领域在生物医药领域，碳纳米管的应用也很广泛。
研究人员利用其生物相容性，将碳纳米管用于诊断和治疗癌症、疟疾等领域。
其中，研究表明，碳纳米管在药物输送领域的性能具有非常大的潜力，在未来的医学应用中有着广泛的应用前景。
碳纳米管_CNT_场发射显示器的关键技术的研究
碳纳米管(CNT )场发射显示器的关键技术的研究刘卫华,朱长纯,王琪琨,李 昕,皇甫鲁江(西安交通大学电子与信息工程学院,陕西西安710049) 摘 要: 对碳纳米管阴极的制备以及场发射显示器的真空封装技术进行了研究.利用一种新的碳纳米管生长工艺制备出了具有优良场发射性能的碳纳米管阴极.并将这种直接生长的碳纳米管薄膜作为阴极,结合一种弹性封装工艺,开发了一种具有简单字符显示功能的场发射显示器.该显示器在较低的工作电压下就可获得高亮度的显示效果,并且器件的亮度与驱动电压成较好的线性关系,这将有利于未来的碳纳米管场发射显示器实现高亮度和多级灰度显示.器件的持续工作寿命测试已经超过5500小时,充分验证了碳纳米管作为场发射阴极的应用潜力.关键词: 碳纳米管;场发射显示器;化学气象沉积中图分类号: T N3041055 文献标识码: A 文章编号: 037222112(2002)0520694203Re search on K ey Technique s of Carbon Nanotube Field Emission DisplayLI U Wei 2hua ,ZH U Chang 2chun ,W ANG Qi 2kun ,LI X in ,H UANG FU Lu 2jiang(School o f Electronic and Information Engineering ,Xi ’an Jiaotong Univer sity ,Xi ’an ,Shaanxi 710049,China )Abstract : Preparing process of carbon 2nanotube cathode and vacuum package process of field 2emission display is reseached.A carbon 2nanotube cathode with g ood field emitting charater is prepared by a new synthesizing ing as 2grown carbon 2nan 2otube film prepared by this technique as cathode ,a field 2emission display which can display sim ple figures and digits is developed.An elastic assembling technique is als o developed to fabricate FE D.The sam ples display high luminance at low drive v oltage and the lumi 2nance is well proportional to drive v oltage.This is very convenient for the realization of high luminance display and high gray 2scale res 2olution in the future.The m ost im portant achievment of this project is that the continuous w orking life 2time test of this sam ple have ex 2ceeded 5500hours.This result proved that the stability of carbon 2nanotube can meet the requirement of m ost commercial products.K ey words : carbon 2nanotube ;field 2emission display ;chemical vapor deposition1 引言 场发射显示器(FE D )一直是真空微电子领域的一个重要分支.这主要是因为在现有的显示技术中,场发射显示器在原理上是最优秀的一种.然而,经过多年的努力,商品化的场发射显示器仍然难以进于市场.究其原因,就在于传统的尖锥冷阴极加工工艺复杂,使得成品率难以提高,成本很难降低.碳纳米管阴极的出现[1],为这一显示技术提供了新的突破点.碳纳米管阴极作为FE D 冷阴极具有如下的几个优势:(1)它回避了复杂的尖锥加工工艺,碳纳米管本身就是一种具有尖锐发射尖端的一维材料,理想的碳纳米管阴极是由亿万根碳纳米管象稻草般排列成的一层薄膜,它能提供足够的场发射电流;(2)大部分碳纳米管具有良好的导电性;(3)碳纳米管具有很高的机械强度和良好的化学稳定性,这为后续封装工艺提供了便利;(4)碳纳米管有多种制备方法,而且工艺相对简单,原材料价廉.自1995年提出用碳纳米管作场发射阴极以来,许多研究团体包括一些国际上的跨国公司,都纷纷投入到这项技术的开发当中.它们包括韩国三星,日本的伊势电子和NEC ,美国M ORT ORO LA 等.许多研究单位的工作还处于保密状态.其中三星和NEC 分别报道了各自研制的三级管结构的碳纳米管场发射显示器(C NT 2FE D )[2,3].他们的C NT 阴极都是利用丝网印刷的办法,将电弧法制备的C NT 移植到导电衬底上而制备的.这种方法制备的阴极中的C NT 分布很难控制,而且容易在阴极薄膜中引入杂质成份,从而影响C NT 薄膜的场发射能力.另外丝网印刷也很难满足高精度阴极图形制作的要求.所以人们都在努力改善化学气像沉积这一类直接生长的方法,以期开发出一套成熟的场发射显示器C NT 阴极制备工艺.对于不同的阴极制备工艺,开发相应的器件封装工艺,也是该技术发展的关键.另外,对该技术进一步研究和开发之前,还须要确定C NT 在实用的场发射显示器中的工作寿命.本论文将从阴极制备、器件设计制造以及测试结果三方面介绍我们在C NT 2FE D 研究中的一些成果.收稿日期:2001205208;修回日期:2001210224基金项目:国家自然科学基金重点项目(N o.60036016);面向项目(N o.50077016);博士点基金(N o.98069828);863项目(N o.2001AA313090)第5期2002年5月电 子 学 报ACT A E LECTRONICA SINICA V ol.30 N o.5M ay 20022 碳纳米管阴极制备 1997年解思深[4]小组采用C VD 法成功的生长了大面积垂直衬底表面排列的碳纳米管薄膜,为碳纳米管阴极薄膜的制备提供了一种新思路.虽然他们制备的碳纳米管薄膜生长在不导电的多孔二氧化硅上,人们还是意识到:催化剂作用下的化学气相生长法是制备大面积均匀场发射碳纳米管列阵最可行的方法.Y an Chen [5],范守善[6]等分别用不同的方法(如PEC VD 法和激光蒸发沉积法)生长出了具有一定排列方向的碳纳米管.其中范守善等还实现了定域生长,他们以电化学腐蚀出的多孔硅作为生长衬底,用电子束蒸镀,通过一掩膜在衬底上有选择的蒸镀一层5nm 厚的铁膜.铁在多孔硅表面不均匀成膜而形成纳米级铁颗粒,从而成为催化生长中心.但其中的电化学腐蚀和电子束蒸镀等工艺都较为复杂.为此,我们研究了一种生成作为催化剂的纳米铁颗粒的新方法,即利用Fe(OH )3水溶胶在衬底表面引入纳米颗粒(溶胶颗粒),在高温下通氢还原获得生长碳纳米管所需的纳米铁颗粒.这种方法的工艺非常简单,并且可结合半导体工业中的图形工艺实现定域生长;而且碳纳米管薄膜与衬底具有良好电接触,极有利于制造FE D.Fe (OH )3水溶胶是由FeCl 3高温水解法获得的.碳纳米管的生长密度可以通过溶胶密度控制.典型的生长温度为700℃.在较低生长密度下,薄膜中的C NT 通常是非定向的,在较高生长密度下,可以获得定向生长的碳纳米管薄膜.如图1(a )所示.该工艺可以采用S i 、S iO 2以及金属钽和钼等多种衬底材料.场发射试验表明,该工艺制备的碳纳米管薄膜具有优良的场发射特性.场发射特性曲线如图1(b )所示.场发射开启强度约为115V/μm.215V/μm 场强下,薄膜的场发射电流密为33μA/mm 2.图1 定向生长的碳纳米管及其场发射特性曲线.(a )定向生长的碳纳米管; 图2 显示“85”字样的一个样品 (b )场发射特性曲线(阴阳间距为100μm )3 器件的设计制造与测试 利用上述工艺制备的碳纳米管薄膜,借用真空荧光显示器的封装工艺,我们制备了一批碳纳米管场发射显示器试验性样管.其中一种样管为6段5×7点阵寻址的C NT 2FE D ,如图3所示.它具有简单的数字和字母显示功能.器件的结构如图4所示.发光图像透过底板观看,所以采用IT O 膜作为透明阳极.在显示区的IT O 膜上印荧光粉,当发射电子向高电位的IT O 阳极运动时就会轰击荧光粉而发光.阳极的引出线是印制的银浆导线,为便于布线,银浆导线层与IT O 导电层通过绝缘层隔离.在绝缘层上留有过孔,作为阳极引出线的银浆导线通过这些过孔与IT O 阳极连接.阴阳极间的距离由立柱层来决定.立柱层是通过增加绝缘层的印刷次数垒起来的,但为了便于阴阳极间隙的排气,所以只能垒起几个分离的立柱来支撑阴极.为使用不同衬底材料的碳纳米管阴极,我们开发了一种弹性封装工艺,以解决衬底材料的热胀系数与玻璃以及绝缘材料的不匹配.所谓弹性封装工艺是指在器件的底板或盖板上用底熔点玻璃粉烧结金属弹片,利用金属弹片固定阴极.阴极通过一根细金属线连结到底板的银浆引出线上.这种弹性封装工艺扩大了我们在衬底材料选者上的自由度.对器件的电气性能,工作寿命以及亮度等作了较全面的测试.在200V 工作电压下,一个像素点的电流约为3μA ,而一个像素点的面积为013×013mm 2,所以相应的电流密度约为33μA/mm 2.工作寿命是这批样品须要测试的重要参数.我们对部分样品进行了连续工作寿命的测试.在工作电压为230V ,电流密度约为40μA/mm 2工作条件下,该器件的工作寿命已超过5500小时,且电流波动小于10%.这一结果不仅说明了器件的可靠性,更重要的是证实了碳纳米管阴极在场发射显示器中的工作寿命可以满足实际应用的需要.对器件亮度的测试也获得了满意的结果.如图5所示,在300V 工作电压下,像素点的亮度达到1700cd/m 2.600V 时亮度达到30000cd/m 2.说明碳纳米管显示器可以满足高亮度显示的要求.像素点的亮度与驱动电压之间成良好的线性关系,这非常有利于显示器多级灰度的实现.4 结论与展望 碳纳米管阴极的制备以及器件的封装是碳纳米管场发射显示技术的关键.本文介绍了一种新的碳纳米管阴极生长工艺和一种弹性封装工艺,对碳纳米管显示器技术的进一步发展有较大的意义.用新工艺生长的碳纳米管作为阴极并利用弹性封装工艺,开发了一种具有简单字符显示功能的碳纳米管显示器.测试表明该器件具有良好的显示性能.器件亮度与驱动电压的良好线性关系以及长时间连续工作寿命,展示了碳纳米管场发射显示器技术潜力.596第 5 期刘卫华:碳纳米管(C NT )场发射显示器的关键技术的研究图3 器件结构示意图 11显示屏正面玻璃;21阳极(IT O 膜);31绝缘层;41立柱层;51碳纳米管阴极薄膜;61银浆布线层;71阴极引线;81银浆焊接点;91结晶玻璃;101荧光粉层;111盖板;121金属弹片.图4 亮度与电压关系曲线目前碳纳米管显示器实用化研究的进展较快.碳纳米管场发射平板显示器目前亟待突破的关键技术有:降低生长温度,以实现在玻璃衬底上的直接生长;实现精确的碳纳米管阴极图形并构造出可行的栅阴结构;以及合适的真空封装工艺.本文中介绍的新工艺的典型生长温度为700℃,若能通过适当的催化剂改性工艺,进一步降低生长温度,就有可能实现在玻璃上的直接生长.溶胶的定域涂敷是该工艺实现阴极图形的关键.弹性封装工艺则为拼接大尺寸显示器件提供了可能.参考文献:[1] W alt A de Heer ,A Chatelain ,et al.A carbon nanotube field 2em issionelectron s ource [J ].Science 1995,270(17):1179-1180.[2] Sashiro Uemura ,Junko Y otani ,T akeshi Nagasako.High 2lum inance car 2bon nanotube FE D [A].SID ’2000DIGEST [C].U SLong Beach New Y ork :320-322.[3] W B Choi ,N S Lee ,W K Y i ,et al.The first 92inch carbon 2nanotubebased field 2em ission displays for large area and color applications [A].SID ’2000DIGEST [C].U S Long Beach New Y ork :320-322.[4] W Z Li ,S S X ie ,L X rge 2scale synthesis of aligned carbonnanotubes [J ].Science ,1996,274(6):1701-1703.[5] Y an Chen ,Sushil Patel ,Y agu Y e ,et al.Field em ission from alignedhigh 2density graphitic nanofibers [J ].Apl.Phys.Lett 1998,73(15):2119-2121.[6] Shou shan Fan ,M ichael G Chapline ,Nathan R Franhlin ,et al.Self 2ori 2ented regular arrays of carbon nanotubes and their field em ission prop 2erties [J ].Science 1999,283(22):512-514.作者简介:刘卫华 男,1974年11月生于湖南耒阳,1994年考入西安交通大学电子工程系,1998年本科毕业获学士学位,并于同年免试进入西安交通大学电子工程系攻读硕士学位,2001年4月获固体电子与微电子学工程硕士学位,硕士期间参与了朱长纯教授主持的有关碳纳米管阴极的两项国家自然科学基金项目,主要从事碳纳米管阴极制备和碳纳米管场发射显示器的研究.朱长纯 男,1936年12月生于辽宁沈阳,1962年吉林大学物理系毕业,1991年和1993～1994年两次去美国新泽西工院微电子研究中心作访问教授,1962年9月至1978年12月在哈尔滨工业大学物理系和电子工程系任教,1978年12月至今在西安交通大学电信学院任教,现任西安交通大学电子与信息工程学院真空微电子与微电子机械研究所所长,电子科学与技术系教授,博士生导师、国家有突出贡献专家,主要从事纳米材料与器件,半导体薄膜技术,半导体光电子学,真空微电子学,半导体传感器技术,电力电子器件,微电子机械方面的教学与科研工作.696 电 子 学 报2002年。
碳纳米管在电子领域中的应用
碳纳米管在电子领域中的应用碳纳米管（CNT）是目前注目的一种纳米材料，与石墨烯、硅等材料不同，它的结构类似于卷成了管子的石墨。
由于碳纳米管具有优异的电学、热学、机械学等性质，近年来成为迅速发展的研究领域。
尤其在电子领域，由于其独特的结构和优越的性能，碳纳米管作为新型电子器件的材料引起了人们的广泛研究和关注。
本文将围绕碳纳米管在电子器件中的应用进行探讨。
一、碳纳米管的优良性能1.高电导性能碳纳米管具有很高的电导性能，在电器件中具有广泛应用前景。
因为其电导率非常高，比铜导线的电导率高10倍以上，同时它的密度非常低，比铜的密度要轻得多。
这种轻量化的特点非常适合现代电子产品的设计和制造。
另外，碳纳米管的体积非常小，在微小的电子元器件中应用，可以占据更小的面积，从而实现电子元器件的微型化。
2. 热稳定性好碳纳米管的纵向模量非常高，同时横向热膨胀系数小。
这使得碳纳米管在高温环境下仍然能够保持其稳定性和结构完整性。
3. 机械性能优越碳纳米管具有很好的弹性和韧性，在电子器件中的应力、振动等方面具有良好稳定性和可靠性。
二、碳纳米管在电子器件中的应用1. 电子场发射器件电子场发射器件是利用物质电子的干涉现象，发射大量电子的装置。
其主要应用于微电子学和光电子学各种器件的加工和研究，如显像管、荧光屏、微型激光器等。
碳纳米管具有极佳的电子传导性能和热稳定性，是制造高性能电子场发射器件的理想材料。
同时，碳纳米管所具有的特殊性质，充分发挥了电子场发射器件的优异性能，提高了该类器件的发射性能。
2. 电子传感器电子传感器是电子器件的一种，它能够将被测量对象的物理量转换成电信号输出，如温度传感器、压力传感器、光学传感器等。
碳纳米管具有超高的敏感性，能够真实地感应其周围的微小物理变化，而且在高温等极端条件下也能够保持其稳定性，因此被广泛应用于电子传感器的制造领域。
特别是在柔性电子领域，碳纳米管作为新型传感器材料正逐渐受到关注。
3. 太阳能电池太阳能电池是利用光发生光伏效应，将太阳光能直接转化成电能的电子器件。
碳纳米管场发射工作原理
碳纳米管场发射工作原理碳纳米管（Carbon Nanotubes，简称CNTs）是一种由碳原子构成的纳米材料，具有优异的力学性能和导电特性。
碳纳米管场发射是一种利用碳纳米管的特殊性质进行电子发射的技术。
本文将深入探讨碳纳米管场发射的工作原理。
一、碳纳米管的基本结构与性质碳纳米管是由一个或多个层状的碳原子构成的管状结构，形状类似于卷曲的石墨片。
它们可以分为单壁碳纳米管（Single-Walled Carbon Nanotubes，简称SWCNTs）和多壁碳纳米管（Multi-Walled Carbon Nanotubes，简称MWCNTs）两类。
碳纳米管的直径通常在纳米级别，长度可以从几十纳米到数百微米，具有高比表面积和特殊的电子结构。
碳纳米管由于其独特的力学与电学性质，成为研究和应用领域中的热点材料。
二、碳纳米管场发射的基本原理碳纳米管场发射是一种基于电子的发射机制，通过加电场的作用，使碳纳米管表面的电子获得足够的能量，克服表面势垒，从而从管端发射出来。
其基本原理可分为电子发射起源、电场作用和空间电荷限制三个方面。
1. 电子发射起源：碳纳米管中存在着大量的电子能级，在零温下，一些能级未被填满，形成费米面以下的电子。
当外加的电场作用力与碳纳米管表面形成的势垒相抵消时，费米面以下的电子就有可能越过势垒，进入真空区域。
2. 电场作用：外加电场的存在使得碳纳米管表面的费米能级发生变化，对于单壁碳纳米管，外加电场将改变管中电子的滑移速度和分布。
增加电场强度可使输运方向上的电子加速并克服表面势垒从而实现电子的发射。
3. 空间电荷限制：碳纳米管发射电流受到空间电荷限制效应的影响。
当发射电流增加时，由于发射出的电子所占据的空间电荷会增大，使得发射电流增加需要更高的电场强度来克服空间电荷排斥力。
三、碳纳米管场发射器件的应用碳纳米管场发射技术在电子器件领域具有广泛的应用前景。
以下是一些常见的应用：1. 碳纳米管场发射显示器：利用碳纳米管场发射技术，可以制造出更薄、更轻、更节能的平板显示器。
碳纳米管在电子设备中的应用
碳纳米管在电子设备中的应用碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是一种由碳原子组成的纳米管，具有高强度、高导电性、高热导性和化学稳定性等特点，因此被广泛应用于电子设备中。
一、碳纳米管的制备碳纳米管可以通过多种方法制备，如电弧放电法、化学气相沉积法、溶胶凝胶法等。
其中，化学气相沉积法是应用最广泛的一种方法。
该方法的原理是在高温下通过碳源和催化剂的反应生成碳纳米管。
二、碳纳米管在电子设备中的应用1.场发射器件碳纳米管具有极高的电子发射效率，因此被广泛应用于场发射器件中。
在场发射器件中，利用碳纳米管产生的高密度电子束来发射电子，从而实现电子设备的高性能和高效率。
2.半导体器件碳纳米管具有优异的电子传输性能，因此被广泛应用于半导体器件中。
碳纳米管作为半导体元件的导电通道，具有高速度和低电压的特点，可以用于制作高速电路和低功耗电路。
3.存储器件碳纳米管具有高密度和高可靠性的特点，因此被广泛应用于存储器件中。
利用碳纳米管作为储存材料，可以增大存储容量，提高读写速度和可靠性。
4.传感器碳纳米管具有优异的机械强度和灵敏度，因此被广泛应用于传感器中。
利用碳纳米管作为敏感材料，可以制作高灵敏度和高分辨率的传感器，用于检测压力、重量、形状等参数。
三、碳纳米管在电子设备中的优势与传统电子设备材料相比，碳纳米管具有以下优势：1.高强度：碳纳米管的强度是钢铁的6倍，可以制作出更坚固和轻量化的电子设备。
2.高导电性：碳纳米管的导电性比铜高100倍，可以制作出更高效的电子设备。
3.高热导性：碳纳米管的热导性比铜高10倍，可以更好地散热，避免电子设备过热的问题。
4.化学稳定性：碳纳米管具有优异的化学稳定性，可以避免电子设备受到化学腐蚀的影响。
四、碳纳米管在电子设备中的挑战尽管碳纳米管在电子设备中具有广阔的应用前景，但是仍面临以下挑战：1.制备成本高：碳纳米管的制备过程复杂，需要高温和高压条件，导致制备成本高。
2.制备工艺不稳定：碳纳米管的制备工艺不稳定，导致产品质量不均匀，难以达到商业化生产的要求。
探讨碳纳米管场致发射显示器的研究进展
探讨碳纳米管场致发射显示器的研究进展【摘要】碳纳米管场致发射显示器是一种新型显示技术，具有高亮度、低功率消耗和快速响应等优势。
本文对碳纳米管的基本特性、场致发射显示器的原理和碳纳米管在场致发射显示器中的应用进行了介绍。
同时总结了目前研究中的进展，包括在制备工艺、性能改进和应用领域的探索。
未来的研究展望主要集中在提高碳纳米管场致发射显示器的性能和稳定性，以及拓展其在电子设备、显示器和光电子领域的应用。
通过引入碳纳米管场致发射显示器，可以实现更加节能环保的显示技术，对未来电子行业的发展将产生深远影响。
【关键词】碳纳米管、场致发射显示器、研究进展、应用、未来展望、潜在应用、发展影响、总结、研究背景、研究目的、基本特性、原理、现有研究、未来研究、展望1. 引言1.1 研究背景碳纳米管是一种具有优异电子输运性能和独特结构的材料，被广泛应用于场致发射显示器的研究领域。
随着科技的不断进步，碳纳米管的研究也取得了重大突破，为场致发射显示器的发展提供了新的可能性。
在过去的几年里，碳纳米管场致发射显示器已经成为研究的热点之一。
该技术以其优越的性能和稳定性受到了广泛关注，并被认为是下一代显示器技术的候选方案之一。
要实现碳纳米管场致发射显示器的商业化应用，仍需在理论研究和实验验证上取得更多进展。
本文旨在探讨碳纳米管场致发射显示器的研究进展，了解碳纳米管的基本特性、场致发射显示器的原理以及碳纳米管在该领域中的应用情况。
通过总结现有研究成果和展望未来研究方向，以期为碳纳米管场致发射显示器的发展提供一定的参考和借鉴。
1.2 研究目的本研究的目的是探讨碳纳米管场致发射显示器的研究进展，通过深入分析碳纳米管的基本特性和场致发射显示器的原理，探讨碳纳米管在场致发射显示器中的应用及其现有研究进展。
通过总结现有研究成果，展望未来研究的发展方向，揭示碳纳米管场致发射显示器在电子显示技术中的潜在应用及其对未来发展的影响。
通过本研究，我们可以更深入地了解碳纳米管场致发射显示器的工作原理和应用前景，为电子显示技术的发展提供新的思路和方向。
探讨碳纳米管场致发射显示器的研究进展
探讨碳纳米管场致发射显示器的研究进展碳纳米管场致发射显示器（Carbon Nanotube Field Emission Display，简称CNT-FED）是一种新型的平板显示技术，具有高亮度、高对比度、快速响应等优势，被广泛认为是下一代平板显示器的发展方向之一。
本文将对碳纳米管场致发射显示器的研究进展进行探讨。
我们需要了解碳纳米管的基本特性。
碳纳米管是由碳原子组成的一维纳米材料，具有极高的导电性和导热性、优异的力学性能以及较小的尺寸。
这些特性使得碳纳米管非常适合作为场致发射材料应用于显示技术中。
碳纳米管场致发射显示器的工作原理是利用高电场下碳纳米管尖端的场致发射现象产生电子，进而激发荧光材料发出光。
与传统的液晶显示器相比，CNT-FED具有更高的亮度和对比度，更快的响应速度，以及更大的视角范围。
近年来，对碳纳米管场致发射显示器的研究主要集中在以下几个方面：如何制备高质量的碳纳米管阴极是一个重要的课题。
碳纳米管阴极的品质对显示器性能有重要影响。
目前，常见的制备方法包括热解碳丝法、电弧放电法、化学气相沉积法等。
研究人员通过改进制备工艺和优化生长条件，不断提高碳纳米管的生长质量和密度。
如何降低碳纳米管场致发射显示器的功耗也是一个关键问题。
由于碳纳米管场致发射显示器需要较高的电场来实现场致发射，因此功耗较大。
研究人员通过优化电极结构、加强电子和光子之间的耦合等方法，尝试降低功耗并提高效率。
如何提高碳纳米管场致发射显示器的可靠性和寿命也是一个研究的重点。
由于碳纳米管在高电场下容易发生烧蚀和热失稳现象，导致其寿命较短。
研究人员通过改进结构设计、引入稳定剂等手段，提高了碳纳米管场致发射显示器的可靠性和寿命。
值得一提的是，碳纳米管场致发射显示器还存在一些挑战和难题，如产业化规模化制备、封装技术、材料的可持续性等。
在未来的研究中，需要进一步解决这些问题，以推动碳纳米管场致发射显示器技术的发展和商业化应用。
高性能碳纳米管在电子器件中的应用
高性能碳纳米管在电子器件中的应用随着科技的不断发展，碳纳米管作为一种新型的纳米材料，被广泛应用于各个领域，特别是电子器件领域。
碳纳米管因其优异的性能，在高性能电子器件中具有巨大的潜力。
本文将讨论碳纳米管在电子器件中的应用，并探讨其在未来的发展前景。
高性能碳纳米管的制备技术是实现其应用的基础。
目前，碳纳米管的合成方法主要包括化学气相沉积、电弧放电和激光烧蚀等。
其中化学气相沉积是最常用的方法，通过控制反应物的浓度和温度，可以得到高纯度和高质量的碳纳米管。
此外，还可以通过调整沉积条件制备出多壁碳纳米管或单壁碳纳米管，以满足不同应用的需求。
碳纳米管在电子器件中的应用主要体现在以下几个方面：1. 基于碳纳米管的场效应晶体管基于碳纳米管的场效应晶体管（CNTFET）是目前应用最广泛的碳纳米管电子器件。
CNTFET具有优异的电子传输性能和器件特性，可以实现高速运算和低功耗。
与传统的硅晶体管相比，CNTFET在尺寸上具有更小的特点，适用于未来纳米电子器件的需求。
2. 碳纳米管作为导电线材由于碳纳米管具有极高的电导率和优异的力学性能，被广泛应用于导电线材的制备中。
碳纳米管可以作为导电线材的增强剂，提高其导电性和机械强度。
此外，碳纳米管还可以用作柔性显示屏等领域的导电线材，为电子器件的制造提供了新的思路。
3. 碳纳米管场发射器件碳纳米管具有优异的场发射性能，可以应用于高性能场发射器件的制造。
碳纳米管场发射器件可以实现低电压启动、快速响应和长寿命等特点，适用于平板显示器、微电子学以及照明等领域。
4. 碳纳米管传感器碳纳米管由于其特殊的结构和高比表面积，被广泛应用于传感器领域。
碳纳米管传感器可以实现对气体、生物分子等的高灵敏度检测，有望在环境监测、生物医学等领域起到重要作用。
尽管碳纳米管在电子器件中的应用具有很大的潜力，但仍然存在一些挑战需要克服。
首先，大规模制备高质量的碳纳米管仍然是一个难题，需要进一步改进合成方法。
碳纳米管在新能源及光电器件中的应用
碳纳米管在新能源及光电器件中的应用近年来，随着人们对新能源、光电器件的需求不断增加，碳纳米管的重要性也越来越被广泛关注。
碳纳米管是一种非常有机会实现革命性的材料。
其因其独特的电学和热学性能，具备着广泛的应用前景。
一、碳纳米管在新能源中的应用在新能源领域，碳纳米管的应用主要体现在电池和太阳能电池等领域。
首先，碳纳米管可以作为电池中电极材料的催化剂，这个功能非常的重要。
这种催化剂可以增加电化学反应的速率，并降低催化剂自身在反应过程中的损耗，从而提高了电池的效率。
其次，碳纳米管在太阳能电池中可以用作微透镜，能够折射出来的光线让更多的光线进入太阳能电池中，提高了能源的利用率。
二、碳纳米管在光电器件中的应用在光电器件领域，碳纳米管的应用主要集中在光探测器、发光二极管、显示器等领域。
例如，用碳纳米管作为光探测器的材料可以增强光信号的收集，从而提高了光探测器的灵敏度。
而碳纳米管作为发光材料可以发出非常纯净的绿光和红光，而且不会发出任何其他颜色的光。
在大型触式电视和智能手机等电子设备中，碳纳米管可以替代液晶显示屏，通过电流调节和发出的光线来实现图像显示。
三、碳纳米管的制备方法碳纳米管的制备主要有两种方法：第一种方法是碳卤素单分子层沉积法。
这种方法需要使用碳电极和溴单分子层结合成复合沉淀在电极表面上。
此时，金属催化剂将溴剥解，产生非常小的碳纳米管。
这种方法制得的碳纳米管质量较高，且产物的分散性较好。
第二种方法是热等离子体气相化学气相沉积法。
该方法是在高温的热等离子体中使金属和碳化合物反应，可以获得长而大范围的碳纳米管。
该方法生产出的碳纳米管的尺寸可以自由调节，因此非常适合用于制备纳米器件。
四、碳纳米管的未来发展在未来的发展中，人们相信碳纳米管的应用前景会越来越广泛。
正在研究中的应用包括碳纳米管做成的非常微小的马达，可以缩小尺寸的气体传感器，以及能够检测并对消耗的工业废弃物进行净化处理的纳米过滤器等。
碳纳米管的未来发展方向应该是结合其他技术，通过不断的创新和改进，实现碳纳米管在更多领域的应用。
碳纳米管技术在电子设备中的应用
碳纳米管技术在电子设备中的应用随着技术的不断进步，电子设备不断发展，人们对于电子设备的性能也越来越追求。
而碳纳米管技术则成为当前电子设备领域的热门话题，因为它有着广泛的应用前景。
什么是碳纳米管技术？碳纳米管是一种由碳原子构成的一维管状结构，它具有很多优点，比如高的导电性、高的机械强度、识别分子和细胞、可编程等等。
由于其高度的结构可控性，可以让它在许多领域有着广泛的应用前景，尤其在电子设备制造方面。
碳纳米管技术在电子设备制造中的应用1. 处理器碳纳米管加强的硅晶体管比目前使用的硅晶体管更加稳定，并且具有更快的操作速度。
这种新型晶体管可以在移动电子设备中得到广泛应用，它为处理器提供了更高的速度和效率，同时在降低电源消耗的同时也更加节能。
2. 电池由于碳纳米管具有极高的比表面积以及出色的导电性能，将碳纳米管作为电池材料已经成为了目前的研究热点。
使用碳纳米管作为电池材料可以提高电池的储能密度和耐用性，并且电池重量更加轻量化，这将为手机、笔记本电脑等移动电子设备带来更持久的续航时间。
3. 显示屏由于碳纳米管其极高的导电性能，人们将其用在制造显示器上可以带来更高的亮度和更长的使用寿命。
碳纳米管的应用可以在不影响分辨率和成像质量的同时，大大降低电能的消耗，从而实现更加高效的能源利用。
4. 存储器在计算机存储器中，传输信息几乎都是通过硅晶体管进行程序控制，由于硅晶体管使用到达物理极限，换位为了探索新的存储选择，如碳纳米管技术。
采用碳纳米管存储器的优点在于，由于碳纳米管在高度和粗度上的一致性较好，使得碳纳米管存储器拥有更高的存储密度和更好的数据保护性能。
综合以上几个领域的应用，可以清楚的看出，碳纳米管技术在电子设备中有非常广泛的应用前景。
现如今，关于碳纳米管技术研究也有不少机构展开，比如说：德州仪器、IBM、英特尔、三星、SK海力士等知名科技公司也在这个领域内进行着研究。
未来，随着碳纳米管技术的不断发展，电子设备一定会在更多层面上得到进一步的提升，从而推动世界科技进步与社会发展。
碳纳米管的特性及其分析应用
碳纳米管的特性及其分析应用摘要碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。
本文着重介绍碳纳米管的特性及其在仪器分析中的应用。
关键词：碳纳米管；特性；仪器分析I一、引言碳纳米管（CNT,又名巴基管，于1991年被日本电子公司（NEC的饭岛博士发现。
是一种具有特殊结构（径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口）的一维量子材料。
由于其优异的力学、电学和光学特性，碳纳米管受到了越来越多的关注。
随着时间的推移，CNT的制备与表征手段越发完善，由CNT制成的各种产品技术也趋于成熟。
二、碳纳米管的制备方法其主要有三种制备方法：分别为电弧放电，激光蒸发法和碳氢化合物催化分解。
（一）电弧放电电弧放电是指一般情况下由两个电极和它们之间的气体空间所组成电弧能产生高温。
但又不同于一般的燃烧现象，它既没有燃料也没有伴随燃烧过程的化学反应。
电弧放电实质上是一种气体放电现象，在一定条件下使两极之间的气体空间导电，是电能转化为热能和光能的的一种过程。
该方法包括以下具体步骤：对碳纳米管直接施加电压和电流，进行电火花处理，去除碳纳米管表面的附着金属或氧化物催化剂和剥离沉积的非晶碳层，与此同时，切割、定向排列碳纳米管。
本技术所采用的电火花处理可在空气中进行，也可在惰性气氛中进行。
施加电压可为直流也可为交流，电压10〜10 0伏，电流0〜10安培。
本方法的优点在于能完全去除碳管表面用其它方法难以去除的非晶碳和金属杂质，达到纯化碳纳米管的目的；另外，此方法还可切割碳纳米管，获得定向排列的碳纳米管。
（二）激光蒸发法激光蒸发法是制备碳纳米管的一种有效方法•用高能CC2激光或Nd/YAG激光蒸发掺有催化剂的碳靶制备碳纳米管，管径可由激光脉冲来控制。
激光脉冲间隔时间越短，得到的碳纳米管产率越高，而碳纳米管的结构并不受脉冲间隔时间的影响。
碳纳米管在电子器件中的应用
碳纳米管在电子器件中的应用随着科技的不断进步，碳纳米管作为一种新型材料，逐渐引起了人们的关注。
碳纳米管具有优异的电学、热学和力学性能，使其成为了电子器件领域的研究热点。
本文将探讨碳纳米管在电子器件中的应用。
1. 碳纳米管的结构和特性碳纳米管是由碳原子按照特定的排列方式形成的管状结构。
它可以分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两种类型。
单壁碳纳米管由一个层的碳原子构成，而多壁碳纳米管则由多个层的碳原子构成。
碳纳米管具有很高的强度和导电性能，同时还具有优异的热传导性能和光学特性。
2. 碳纳米管在半导体器件中的应用碳纳米管在半导体器件中有着广泛的应用前景。
首先，碳纳米管可以用作晶体管的替代材料。
晶体管是电子器件中最基本的元件之一，而碳纳米管由于其优异的电学性能，可以取代传统的硅材料，提高晶体管的性能。
其次，碳纳米管还可以用于制作电子场发射器件。
电子场发射器件是一种利用电子从固体表面发射的器件，碳纳米管的高导电性能和尖锐的尖端结构使其成为了理想的电子场发射材料。
此外，碳纳米管还可以用于制作光电器件，如光电二极管和光电晶体管，以及柔性电子器件。
3. 碳纳米管在能源领域的应用碳纳米管在能源领域也有着广泛的应用。
首先，碳纳米管可以用于制作锂离子电池的电极材料。
由于碳纳米管具有大比表面积和优异的电导率，可以提高锂离子电池的能量密度和充放电速率。
其次，碳纳米管还可以用于制作超级电容器。
超级电容器是一种高能量密度和高功率密度的储能装置，碳纳米管作为电极材料具有很高的比电容和循环稳定性，可以提高超级电容器的性能。
此外，碳纳米管还可以用于制备太阳能电池和燃料电池等能源装置。
4. 碳纳米管在传感器中的应用碳纳米管在传感器领域也有着广泛的应用。
首先，碳纳米管可以用于制作气体传感器。
由于碳纳米管的表面积大、导电性能好，可以用来检测气体分子的吸附和解吸过程，实现对气体的高灵敏度检测。
其次，碳纳米管还可以用于制作生物传感器。
碳纳米管具有优异的生物相容性和生物识别性能，可以用来检测生物分子的存在和浓度变化，广泛应用于生物医学领域。
基于碳纳米管的场发射平板显示器研究
基于碳纳米管的场发射平板显示器研究【摘要】碳纳米管因具有良好的电子发射特性而成为理想的场发射阴极材料。
本文概述了碳纳米管的特性、分类及制备;介绍了碳纳米管场发射平板显示器的结构、工作原理及制备，分析了碳纳米管场发射平板显示器的优缺点，针对其缺点提出了一些改进的思路并对其发展趋势作了展望。
【关键词】碳纳米管;制备;场发射显示器;工作原理;性能Abstract：Carbon nanotube is considered as an ideal field emission cathode material for its good electron emission characteristic.This paper describes the characteristics，classification and preparation of carbon nanotube，introduces the structure，working principle and preparation of carbon nanotube field emission flat panel display，analyzes the advantages and disadvantages of it，puts forward some improvement ideas，and prospects its development trend.Key words：Carbon nanotube;Preparation;Field emission display;Working principle;Property1.引言目前科技信息产品都朝着短、小、轻、薄的方向发展，有着悠久历史的显示器产品当然也不例外。
传统的阴极射线管（CRT）显示器具有高亮度、高分辨率、全视角、快速响应等优点，其色彩和画质优越，成为人们衡量显示质量的无形标准。
碳纳米管在电子设备中的应用研究
碳纳米管在电子设备中的应用研究在当今科技飞速发展的时代，电子设备的性能和功能不断提升，以满足人们日益增长的需求。
而碳纳米管作为一种具有独特性能的新型材料，在电子设备领域的应用引起了广泛的关注和研究。
碳纳米管是由碳原子组成的管状结构，具有出色的电学、力学和热学性能。
其管径通常在几纳米到几十纳米之间，长度可以达到微米甚至毫米级别。
由于其独特的结构和优异的性能，碳纳米管在电子设备中展现出了巨大的应用潜力。
首先，碳纳米管在集成电路中的应用是一个重要的研究方向。
传统的集成电路制造工艺面临着诸多挑战，如器件尺寸的缩小接近物理极限、散热问题等。
碳纳米管具有极高的载流子迁移率，能够实现更快的电子传输速度，从而提高集成电路的性能。
此外，碳纳米管的小尺寸和良好的电学特性使其有望用于制造更小尺寸的晶体管，突破传统工艺的限制。
在显示屏领域，碳纳米管也有着广阔的应用前景。
例如，碳纳米管可以作为场发射显示器的阴极材料。
场发射显示器具有高亮度、高对比度、快速响应等优点，而碳纳米管的尖端具有极高的电场增强效应，能够有效地发射电子，提高显示器的性能。
同时，碳纳米管还可以用于制备柔性显示屏。
由于其良好的柔韧性和机械强度，能够适应各种弯曲和折叠的形态，为未来可穿戴设备和柔性电子产品的发展提供了可能。
在电池领域，碳纳米管也发挥着重要的作用。
作为锂离子电池的电极材料，碳纳米管具有高比表面积和良好的导电性，能够提高电池的充放电性能和循环寿命。
同时，碳纳米管还可以与其他材料复合，形成性能更优异的电极材料。
例如，与石墨烯复合可以进一步提高电极的导电性和稳定性，从而提升电池的整体性能。
在传感器方面，碳纳米管同样表现出色。
由于其对环境中的气体、温度、压力等因素具有敏感的响应特性，可以用于制备高灵敏度的传感器。
例如，基于碳纳米管的气体传感器能够检测到极低浓度的有害气体，为环境监测和工业生产提供了有力的工具。
此外，碳纳米管还可以用于生物传感器，检测生物体内的各种物质，如葡萄糖、蛋白质等，在医疗诊断和生物研究领域具有重要的应用价值。
碳纳米管的应用与前景(杨建国)
碳纳米管的应用与前景----------选择性利用纳米材料以其特殊的尺寸效应产生的独特物理化学性质而成为当前研究的热点,相信纳米技术在新世纪将给人类生活带来深远影响。
1.高强度复合材料碳纳米管具有非常大的长度直径比率,是复合材料中理想的增强型纤维。
碳纳米管的尺寸很小,可以很方便地流过现有的树脂制造设备,从而制造出任何复杂形状的零件。
传统的连续纤维增强型纤维材料刚性和强度比较好,并且密度也较低,但是制造成本过于昂贵,而且只能够制造简单形状的零件,也无法制造出高强度材料,从而在应用上受到了极大的限制。
而碳纳米管的长度’直径比率很容易,从理论上讲完全可以制造出更高强度、更高密度、低成本的复合材料。
碳纳米管是一种中空的管状物质,可以将其作为特种模具以得到纳米尺寸的线条和纳米棒。
2.信息存储碳纳米管在制备过程中大多数都使用了过渡金属粒子作为催化剂,在生长的过程中,许多碳纳米管的顶部和底部都封有直径为几个纳米到几十个纳米数量级的催化剂颗粒。
根据磁学理论可以知道,这些粒子是单磁畴粒子,可以稳定地记录信息。
单根碳纳米管在垂直方向上可以存在多个铁磁粒子。
因此碳纳米管将具有实现新型的大规模信息存储的可能性。
使用含有铁磁纳米粒子的碳纳米管材料作为三维磁存储器件具有如下的优势:●信息存储密度高:相对于传统的磁介质存储和光盘存储装置来说,利用碳纳米管材料的三维磁存储密度更高。
●材料来源广泛:制备碳纳米管所需要的原材料来源相当广泛,制备工艺相对比较简单,流程比较少,成本低廉,非常适合于大规模工业生产。
3.微机械美国研究中心的研究者们利用碳纳米管成功地制造出了纳米级的齿轮。
研究者们还利用单壁碳纳米管制作出了微机械执行器。
实验表明,该执行器能够产生更多的应力,比高模铁电材料能够产生更多的应变。
与天然的肌肉相类似,宏观的执行器是亿万个独立的纳米级执行器的聚合体。
执行机理(电化学双层充电)效应是基于量子化学的扩展,不再需要离子间的相互作用。
碳纳米管的性质与应用
碳纳米管的性质与应用【摘要】本文主要介绍了碳纳米管的结构特点，制备方法，特殊性质，由于碳纳米管独特性质而产生的广泛应用，并对其前景进行展望。
【关键词】碳纳米管场发射复合材料优良性能【前言】自日本NEC科学家Lijima发现碳纳米管以来，碳纳米管研究一直是国际新材料领域研究的热点。
由于碳纳米管具有特殊的导电性能、力学性质及物理化学性质等，故其在许多领域具有其广阔的应用前景，自问世以来即引起广泛关注。
目前，国内外有许多科学家对碳纳米管进行研究，科研成果颇丰，尤其是碳纳米管在复合材料、储氢及催化等领域的应用。
【正文】一、碳纳米管的结构碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p 轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π键，碳纳米管外表面的大π键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础[1]。
对多壁碳纳米管的光电子能谱研究结果表明，不论单壁碳纳米管还是多壁碳纳米管，其表面都结合有一定的官能基团，而且不同制备方法获得的碳纳米管由于制备方法各异，后处理过程不同而具有不同的表面结构。
一般来讲，单壁碳纳米管具有较高的化学惰性，其表面要纯净一些，而多壁碳纳米管表面要活泼得多，结合有大量的表面基团，如羧基等。
以变角X 光电子能谱对碳纳米管的表面检测结果表明，单壁碳纳米管表面具有化学惰性，化学结构比较简单，而且随着碳纳米管管壁层数的增加，缺陷和化学反应性增强，表面化学结构趋向复杂化。
内层碳原子的化学结构比较单一，外层碳原子的化学组成比较复杂，而且外层碳原子上往往沉积有大量的无定形碳。
由于具有物理结构和化学结构的不均匀性，碳纳米管中大量的表面碳原子具有不同的表面微环境，因此也具有能量的不均一性[2]。
碳纳米管不总是笔直的，而是局部区域出现凸凹现象，这是由于在六边形编制过程中出现了五边形和七边形。
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碳纳米管在场发射显示器中的应用及影响陈凯 06006311前言：显示技术作为多学科交叉的综合技术，已经渗透到当今民用和军用的各个领域，发挥着重要的作用。
尤其在以网络和无线通讯为标志的信息时代，上下“信息高速公路”均需以显示器作为平台，因而对显示技术的期望值更高。
显示技术的产业化将在信息时代得到进一步的发展，并将创造更大的社会财富。
在阴极射线管(CRT)、薄膜晶体管液晶(LCD)、等离子体(PDP)、有机电致发光等诸多显示器件中，CRT器件目前最为成熟，在全球市场上占据主导地位，它具有高亮度、高分辨率、全视角等优点，人们已广泛接受了其色彩和画质，因而它也成为人们衡量其他显示质量的一个无形标准。
但CRT存在着体积庞大、笨重、功耗高等缺点。
如何保留CRT的色彩与画质，并使CRT数字化、薄型化是科技界与产业界十分关注的问题。
而场致发射显示器(FED)，则因为其发光原理上与CRT较为相似，故在是唯一的图像质量可与CRT相媲美的平板显示器，最符合电视特性，并且更易制备出较大显示面积。
然而，经过多年的努力，商品化的场发射显示器仍然难以进于市场。
究其原因，在于就场发射显示器的关键技术：阴极电子发射材料而言，传统的尖锥冷阴极加工工艺复杂，使得成品率难以提高，成本很难降低。
而碳纳米管阴极的出现，为这一显示技术提供了新的突破点。
一、FED显示器的原理及结构场发射电极理论最早是在1928年由R.H.Eowler与L.W.Nordheim共同提出，不过真正以半导体制程技术研发出场发射电极组件，开启运用场发射电子做为显示器技术，则是在1968年由C.A.Spindt提出,随后吸引后续的研究者投入研发。
其工作原理是：众多的阴极发射体以阵列状排列，每一个像素对应于一个或若干个发射体。
在强电场作用下，阴极材料表面势垒高度降低，势垒宽度变窄，阴极发射体中的电子通过隧道效应穿透势垒发射到真空中，并轰击阳极上的荧光粉层而发光。
其基本结构如图1所示，主要由平面电子源场发射阵列(阴极)、栅极和阳极荧光屏构成，再加上辅助部分如消气剂、绝缘支柱，最后真空封装构成。
阴阳两极采用透明导电膜(通常是ITO)，其上涂敷荧光粉。
阳极、阴极和栅极由各自的引线电极与外围的驱动电路相连。
阴极和栅极互相垂直，利用栅极和阴极实现矩阵选址。
每个阴极和栅极的交叉点对应于—个像素点。
固定阳极电压，调节栅极电压，当两种叠加电场超过材料的阈值电场时，阴极的微尖发射，该像素被点亮，否则像素点被截止不发光。
以此，FED利用平面冷电子源代替热阴极的电子源，节省庞大的电子枪空间。
同时，利用X，Y交叉矩阵寻址替代电子束扫描，节省庞大的电子偏转空间，使CRT平板化。
二、技术难点及限制条件FED在结构上可分为三电极结构和二电极结构，其中二电极结构由于存在驱动电压高，阴、阳电极之间的间距过小以及需要低压荧光粉等缺点，作为显示器不够理想，而三电极结构的场发射显示器主要有Spindt（圆锥发射体型）和SED（表面传导型），其中Spindt型对光刻技术要求很高，一般要求在直径为1mm 圆面积内，制作5000个尖锥阵列，尖锥的曲率半径为50nm，难实现显示的大面积化。
而表面导电型结构简单、适合做成大面积显示器。
但从发射材料讲，由于发射体在发射电子过程中容易受到空间电荷轰击，或由较大外电压产生局部电弧的破坏，而使场发射衰减，因此平衡考虑稳定性、寿命、电子发射能力等方面的因素，最佳的发射体材料应该具有适当的功函数、较高的热传导系数、较高的熔点和导电系数，较高的机械强度等特性。
目前主要采用难熔金属（钼、钨等）、半导体（硅、氮化硅、金刚石膜、氧化钯、富勒碳等）。
但金属发射尖由于普遍存在容易吸附氧等杂质粒子，使发射尖的有效功函数增加，从而会缩短显示器的寿命。
非金属材料如金刚石、类金刚石、立方氮化硼、氮化铝、碳化硅等半导体材料具有良好的化学稳定性与热稳定性、高熔点、高热导率，特别是具有极小甚至是负的电子亲和势，降低了场发射的阈值电压。
但在目前阶段，研究最多的场发射阴极还是CNT，它的场致发射特性已得到了人们的认可。
三、碳纳米管在FED中的应用碳纳米管（CNT）是由六边形网状周期性排列的碳原子平面沿一定的方向卷曲而形成的中空管状结构，具有微米级的长度，纳米级的尖端曲率半径，这样小的尖端曲率半径，使其场增强效应非常明显。
同时，碳纳米管阴极作为CUV冷阴极还具有如下的几个优势：1、它回避了复杂的尖锥加工工艺，碳纳米管本身就是一种具有尖锐发射尖端的一维材料，理想的碳纳米管阴极是由亿万根碳纳米管象稻草般排列成的一层薄膜，它能提供足够的场发射电流；2、大部分碳纳米管具有良好的导电性；3、碳纳米管具有很高的机械强度和良好的化学稳定性，这为后续封装工艺提供了便利；4、碳纳米管有多种制备方法，而且工艺相对简单，原材料价廉。
从其主要技术特点来看：1、开启电场开启电场的大小表明在外电场的作用下材料发射电子的难易程度。
CNT发射典型的开启电场为1—2 V/mm。
一般认为，闭口的CNT发射效率要大于开口CNT的发射效率，但开口的CNT由于曲率半径比闭口的要小，阈值电场较小。
材料的开启电场和阈值电场越低，消耗功率越小，发射越稳定，越适合于场发射。
2、场发射电流密度CNT膜的发射电流表现为组成的各个阴极发射电流的一种平均效果。
由于CNT的固有结构和化学性质对其发射特性有很大影响。
CNT在合成（单壁和多壁)、纯化（闭口或开口）以及管的定向性等方面均不同，薄膜的有效发射面积、生长密度等指标均不一样，因而所测得的发射电流密度各不相同。
但可以肯定，CNT膜的发射电流密度可以超过10 mA/cm2，能够满足工业实现平板显示所需要的电流密。
这反映出CNT材料的电子场发射能力可以满足作为场发射阴极发射体的需要。
3、电流的稳定性发射电流的稳定性是衡量阴极材料场发射性能的主要指标之一。
CNT的发射电流随时问时间改变的长期效应表现为场发射电流逐渐衰减，而短期效应表现为电流的瞬间起伏。
电流衰减通常是由于发射电子造成气体分子电离出正离子，正离子沿电场方向轰击CNT造成其形状改变；或机械压力使CNT尖发生形状改变，或是当加较大外电压时出现局部电弧，使CNT烧坏，从而使增强因子发生变化。
当发射电流较小时，只有少数CNT对发射有贡献，若CNT结构或性能稍有变化，都会影响电子的发射效果，表现出电流的起伏；而当发射电流较大时，参与发射电子的CNT较多，因而起伏可能不明显。
4、发射点密度衡量阴极材料的发射均匀性的一个主要指标是发射点密度(Emission site density，ESD)，即单位面积上的发射点数目，这需要观测荧光屏上的发光点来统计。
但是，实际上CNT膜的发射点密度具有很大的不可测性，可以知道CNT薄膜在外场作用下发射，但是不知道实际上有多少CNT在发射。
当外加电场较强时，在荧光屏上所能观测到的最大发射点密度大约为10000/cm2，这个数是在荧光屏上所能观察到的亮点数目的极限值。
若发射点再多些，整个屏幕上的亮点就将连成一片。
从其制备上来看：催化剂作用下的化学气相生长法是制备大面积均匀场发射碳纳米管列阵最可行的方法。
如PECVD法和激光蒸发沉积法。
同时，还可以利用Fe(OH)3水溶胶在衬底表面引入纳米颗粒（溶胶颗粒），在高温下通过氢还原获得生长碳纳米管所需的纳米铁颗粒。
这种方法的工艺非常简单，并且可结合半导体工业中的图形工艺实现定域生长。
而且碳纳米管薄膜与衬底具有良好电接触，极有利于制造F ED。
从以上数据和技术特点可以看出碳纳米管作为场发射显示器的阴极材料，存在着较低的开启电场，并且能提供较大的稳定的场发射电流密度和较好的亮度均一性，碳纳米管结构单一，管径较少弯曲，缺陷少，导电性良好，化学性质稳定。
利用单壁碳纳米管作为场发射显示器的阴极发射材料令人满意，是作为场发射显示器的场发射阴极的优良材料，具有优异性能和广阔的应用前景。
以进一步市场化和成熟化为目标，下一步的重点是如何获得有序的CNT阵列并有效控制各个单元独立的电子发射，这需要更好地控制CNT制造工艺，确保高纯度地生产CNT，并通过改善丝网印刷浆料的配方和工艺，例如添加纳米填充物、采用后处理激活等手段来完善；或发展大面积定域、定向生长CNT等方法逐步解决；将TFT与CNT结合起来，使CNT在饱和电流区域工作，改善CNT场发射的稳定度也是一种值得尝试的办法；通过采取进一步的优化器件结构参数，进CNT—FED制作工艺，提高CNT薄膜阴极电子发射能力，增强均匀性，稳定性，降低场发射开启电场等措施来把CNT—FED的问题解决好。
有理由相信，随着研究水平的逐渐提高，发光均匀稳定、功耗更低、清晰度更高，色彩更纯正的CNT场致发射显示器件会出现在人们的面前。
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