在不锈钢片基板上合成碳纳米线圈及其场发射

论文摘要

碳纳米线圈具有独特的三维螺旋结构,与碳纳米管相比,具有更加优秀的机械特性以及电磁特性。可以用于场发射装置、电磁波吸收薄膜和纳米弹簧等。目前,人们广泛地研究了碳纳米线圈的制备,对于使用低成本的基板来大量合成碳纳米线圈是研究的一大热点。本论文对使用普通不锈钢片来合成碳纳米线圈,其生长机理以及其的场发射性质进行了研究。1,我们应用热化学气相沉积法使用滴锡的普通不锈钢片成功地大量合成了碳纳米线圈。实验发现：900℃煅烧处理后的滴锡不锈钢片最有利于碳纳米线圈的生长。通过研究纯不锈钢片和滴加锡液的不锈钢片经700-900℃煅烧处理后的形貌,我们认为在900℃煅烧温度下,形成了具有活性的和适合碳纳米线圈生长的Fe（Ni）-Sn-O催化剂颗粒。通过对滴锡的普通不锈钢片700-900℃煅烧预处理后,合成的碳产物的拉曼光谱可知,合成的碳产物—碳纳米纤维和碳纳米线圈的结构缺陷都比较大。2,我们对分散在n型硅基板上的合成的碳纳米线圈进行了场发射性质的研究。实验发现：碳纳米线圈具有较低的开启平均电场强度,仅为1.6V/μm。我们也用有限元法模拟计算了单根直立的和躺倒的碳纳米线圈以及单根躺倒的碳纳米管上的电场分布。模拟计算发现：直立的和躺倒的碳纳米线圈上的电场分布成功地解释了F-N图的“行为”。模拟计算还发现：躺倒的碳纳米线圈上的场增强因子β是躺倒的碳纳米管上的2.26倍大。这是因为碳纳米线圈的三维螺旋结构减小了周围基板对之的屏蔽效应。在这种情况下,碳纳米线圈更容易发射电子,有望应用在X射线源,场发射显示器和其他微纳米装置中。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 碳纳米材料及其几种常见形态
• 1.1.1 碳纳米材料
• 1.1.2 碳纳米材料的几种常见形态
• 1.2 碳纳米材料的目前探讨状况
• 1.3 碳纳米材料的探讨热点
• 2 碳纳米线圈的形态与成长机理、特性和运用
• 2.1 碳纳米线圈的形态
• 2.2 碳纳米线圈的成长机理
• 2.2.1 碳纳米线圈的速度矢端生长模式
• 2.2.2 热化学气相沉积法中催化剂颗粒/团簇合成碳纳米线圈的生长模式
• 2.3 碳纳米线圈的性质
• 2.3.1 碳纳米线圈的机械性质
• 2.3.2 碳纳米线圈的微波吸收性质
• 2.3.3 碳纳米线圈的场发射性质
• 2.4 碳纳米线圈的运用
• 3 在普通不锈钢片上运用CVD法合成碳纳米线圈及其机理的研究
• 3.1 在304型号不锈钢片上高效合成碳纳米线圈
• 3.2 在普通不锈钢片上合成碳纳米线圈的实验设备与材料
• 3.2.1 在普通不锈钢片上合成碳纳米线圈的实验设备
• 3.2.2 在普通不锈钢片上合成碳纳米线圈的实验材料
• 3.3 在普通不锈钢片上合成碳纳米线圈及其最佳煅烧温度的确定
• 3.3.1 合成碳纳米线圈的催化剂的制备
• 3.3.2 在普通不锈钢片上合成碳纳米线圈
• 3.3.3 在普通不锈钢片上合成碳纳米线圈最佳煅烧温度的确定
• 3.4 700-900℃煅烧预处理后,合成的碳产物的拉曼光谱表征
• 3.4.1 拉曼光谱简介
• 3.4.2 700-900℃煅烧预处理后,合成的碳产物的拉曼光谱分析
• 3.5 在普通不锈钢片上合成的碳纳米线圈的生长机理研究
• 3.6 本章小结
• 4 合成的碳纳米线圈的场发射性质的实验研究和有限元模拟计算
• 4.1 碳纳米线圈场致发射阴极的优越性
• 4.2 碳纳米线圈场发射实验的设备与材料
• 4.2.1 场发射实验的设备
• 4.2.2 场发射实验的材料
• 4.3 合成的碳纳米线圈制备碳纳米线圈场致发射器件
• 4.4 对碳纳米线圈进行场发射实验测试以及实验结果
• 4.5 对单根碳纳米线圈/碳纳米管上的电场分布进行有限元模拟计算
• 4.5.1 有限元方法介绍和单根碳纳米线圈/碳纳米管模拟模型的建立
• 4.5.2 单根碳纳米线圈/碳纳米管上电场分布的模拟计算及其结果
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢