大電流場發(fā)射冷陰極的制備及應用.pdf

1、碳納米管是一種非常重要的納米材料，它有許多非常獨特的性質(zhì)，其中的尖端發(fā)射性能使碳納米管可能成為未來的高效場發(fā)射電子源；同時，具有金屬性的碳納米管還具有導電性好、發(fā)射性能穩(wěn)定的特點，可以大面積生長和移植。如果將碳納米管用作場發(fā)射陰極材料，可以得到發(fā)射電流很大，工作穩(wěn)定性和可靠性良好的場致發(fā)射陰極。對碳納米管場發(fā)射冷陰極材料的研究具有很強的科學探索性和廣闊的應用背景。如果將該陰極應用于微波管中，不僅可以為器件提供一個強大的功率源，而且無疑會

2、較大地提高器件地綜合性能。 本文主要研究了碳納米管冷陰極的制備工藝及其場致發(fā)射性能。通過絲網(wǎng)印刷和CVD生長方法對制備得到的碳納米管場發(fā)射冷陰極的發(fā)射性能研究結(jié)果表明，碳納米管場發(fā)射冷陰極具有良好的場發(fā)射性能。 本文采用熱化學氣相沉積法制備得到了碳納米管場發(fā)射冷陰極。在不同的襯底(表面鍍有金膜的Si片、黃銅、紫銅)上以金屬鎳作為催化劑制備得到碳納米管場致發(fā)射冷陰極。實驗首先采用真空熱絲蒸發(fā)鍍膜的方法在平整的Si片襯底上蒸

3、鍍一層金膜，之后采用磁控濺射的方法在鍍有一層金膜的Si片上濺射一層催化劑金屬鎳膜，然后采用熱化學氣相沉積法制備得到了具有較大電流發(fā)射(13 mA，電流密度410mA/cm<'2>)的碳納米管場發(fā)射冷陰極。分析了不同催化劑金屬鎳膜膜厚對制備得到的碳納米管以及相應場發(fā)射特性的影響。利用掃描電子顯微鏡(SEM)對高溫下(700℃)催化劑金屬鎳膜經(jīng)過氫氣還原后形成的鎳顆粒和CVD后生成的碳納米管進行了表征，并測試了碳納米管冷陰極的場發(fā)射特性。實

4、驗獲得較大的電流發(fā)射，主要是由于金膜的使用和較大有效發(fā)射邊緣(發(fā)射區(qū)域是2 mm直徑的圓點)。對CVD法制備的碳納米管冷陰極場發(fā)射前后進行了比較，發(fā)現(xiàn)實驗前后陰極表面的碳管始終保持著緊密的排列。 在絲網(wǎng)印刷法制備得到碳納米管場發(fā)射冷陰極的過程中，對碳納米管粗品的純化、絲印漿料的配制、絲印工藝和樣品的燒結(jié)等工藝進行了研究。利用掃描電子顯微鏡(SEM)對制備得到的碳納米管冷陰極進行了形貌分析，研究了其場發(fā)射特性，得到了較大的電流發(fā)射