碳纳米管组装及场发射性质研究

论文摘要

1995年发现碳纳米管(carbon nanotubes,CNTs)具有发射电子的特性后,众多科研工作者被吸引到对其场发射性质的研究中[1]。笔者拟采用纳米银浆低温烧结技术进行碳纳米管组装实验并对碳纳米管进行场发射实验研究,为处于研制阶段的应用于聚焦离子束(focus ion beam, FIB)的新型气态场发射离子源(gas field ion source, GFIS)针尖组装提供了新的方法。纳米银作为纳米材料中的一种其同样有着广泛的用途,特别是纳米银的熔点已降到100℃左右,而不同于微米级银的960.5℃,因此可进行低温烧结技术研究。本实验第一部分为纳米银浆低温烧结技术研究,方法是将制备好的纳米银颗粒溶于乙醇、乙酸乙酯、松油醇、乙基纤维素等有机溶剂中,然后首先以120分钟为基准时间进行温度分布实验得出最优烧结温度为200℃,再以200℃为基准温度进行时间分布实验,得出最优烧结时间为90分钟,最后采用以上的最优烧结温度和最优烧结时间进行纳米银浆成分优化实验,实验结论为:以质量分数记65%纳米银粉、25%乙酸乙酯、9%松油醇、1%乙基纤维素,烧结温度为200℃,烧结时间为90分钟,测得方块电阻最佳值为0.022Ω/□。碳纳米管组装主要分为物理组装和化学组装两大类,本实验采用的方法属化学组装。本实验拟采用纳米银浆为粘接剂,利用了纳米级银粉可低温(200℃以下)成膜,并具有良好的导电性这一特殊性质制备了配比优化的纳米银浆,在其中溶入适量的碳纳米管制成碳纳米管纳米银浆混合溶液,然后采用化学方法将碳纳米管组装到针尖上,应用纳米银浆低温烧结技术使银浆固化,以此保证碳纳米管稳定的固定在针尖上。碳纳米管组装实验结论:经15次反复实验,终于成功的将单根碳纳米管组装到针尖上。场发射实验结论:实验证明对不锈钢基底进行机械抛光会使碳纳米管试样在电压2000V时的场发射电流由原来的89μA提升到100μA。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米科技发展史简介
• 1.2 纳米材料概述
• 1.2.1 纳米材料的性质
• 1.2.2 纳米颗粒的制备
• 1.2.3 纳米颗粒的表征方法
• 1.3 纳米银粉与纳米银浆概述
• 1.4 碳纳米管发展概况
• 1.4.1 碳纳米管的发现
• 1.4.2 碳纳米管的生长机制
• 1.4.3 碳纳米管的制备
• 1.4.4 碳纳米管的基本结构与基本性能
• 1.4.5 碳纳米管的应用前景
• 1.5 课题的引出
• 第二章 碳纳米管组装及其场发射特性
• 2.1 碳纳米管组装
• 2.1.1 碳纳米管的物理方法组装
• 2.1.2 碳纳米管的化学方法组装
• 2.2 碳纳米管场发射特性
• 2.2.1 碳纳米管的场发射机理
• 2.2.2 影响碳纳米管场发射性能的因素
• 2.3 钨针尖组装碳纳米管场发射特性
• 第三章 碳纳米管针尖的应用
• 3.1 GFIS气态场发射离子源简介
• 3.2 FIB聚焦离子束简介
• 3.2.1 FIB的系统功能
• 3.2.2 FIB的系统构成
• 3.2.3 FIB的基本功能
• 3.2.4 FIB加工技术的应用
• 3.3 碳纳米管针尖在其它方面的应用
• 3.3.1 碳纳米管针尖应用于AFM
• 3.3.2 碳纳米管针尖在化学力显微镜中的应用
• 3.3.3 碳纳米管针尖在纳米加工中的应用
• 第四章 纳米银应用概述
• 4.1 纳米银的用途
• 4.2 纳米银粉的制备
• 第五章 纳米银浆优化实验
• 5.1 纳米银浆优化实验流程图
• 5.2 纳米银浆优化实验过程及数据分析
• 5.2.1 纳米银浆优化实验过程
• 5.2.2 纳米银浆烧结温度分布实验
• 5.2.3 纳米银浆烧结时间分布实验
• 5.2.4 松油醇-己醇对比实验
• 5.2.5 纳米银浆成分优化实验
• 5.3 纳米银浆优化实验结论及分析总结
• 第六章 碳纳米管组装及场发射实验
• 6.1 碳纳米管组装实验流程图
• 6.2 碳纳米管组装实验过程
• 6.2.1 碳纳米管组装实验数据
• 6.2.2 碳纳米管组装实验小结
• 6.3 碳纳米管场发射实验
• 6.3.1 场发射测试设备介绍
• 6.3.2 碳纳米管场发射实验过程
• 6.3.3 碳纳米管场发射实验数据
• 6.3.4 碳纳米管场发射实验数据分析
• 6.4 实验仪器设备简介
• 6.4.1 SEM简介
• 6.4.2 四探针测试仪简介
• 第七章 结论及展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢