陳宏業(yè)等

摘 要：文章利用電泳沉積技術(shù)將四種不同規(guī)格的碳納米管制備成冷陰極薄膜，通過(guò)研究其場(chǎng)發(fā)射性能得出，管徑為10-20nm，長(zhǎng)度為<20μm的碳納米管薄膜開啟電壓為450V，當(dāng)電壓達(dá)到900V時(shí)，持續(xù)穩(wěn)定電流達(dá)到1000μA，發(fā)光照片顯示發(fā)光點(diǎn)分布均勻，明亮，發(fā)光效果好。

關(guān)鍵詞：碳納米管；場(chǎng)發(fā)射；電泳沉積

引言

碳納米管以其奇特的電學(xué)、力學(xué)和機(jī)械特性，受到人們的廣泛關(guān)注[1-2]。隨著研究的深入，CNTs發(fā)射閥值低、電流密度大等獨(dú)有的電學(xué)和場(chǎng)發(fā)射特性，更是被視為場(chǎng)發(fā)射顯示器（FED）最為理想的材料之一[3-4]。制備場(chǎng)發(fā)射顯示器的關(guān)鍵是制備具有高效場(chǎng)發(fā)射特性的CNTs陰極。目前，制備CNTs陰極的方法大致有三種：化學(xué)氣相沉積法、絲網(wǎng)印刷法和電泳沉積法[5-6]?；瘜W(xué)氣相沉積法制備成本高；印刷法制備過(guò)程難以控制；而電泳沉積法制備過(guò)程簡(jiǎn)單，成本低廉，開啟電壓低，穩(wěn)定電流密度高，顯示出廣闊的應(yīng)用前景[7-8]。

本實(shí)驗(yàn)選用四種不同管徑和長(zhǎng)度的多壁碳納米管顆粒進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射實(shí)驗(yàn)，探究其場(chǎng)發(fā)射性能特點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)

本實(shí)驗(yàn)采用的是中國(guó)科學(xué)院成都有機(jī)化學(xué)有限公司生產(chǎn)的多壁碳納米管，材料具體參數(shù)如表1。

本實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程為：將研磨充分的0.25g碳納米管加入200ml含有的穩(wěn)定懸浮的異丙醇電泳液中，形成所需的電泳溶液，用超聲波振蕩儀超聲分散1個(gè)小時(shí)，電泳電壓確定為70v，通過(guò)調(diào)節(jié)電解質(zhì)的含量，控制電流為2.0mA/cm2左右，電泳時(shí)間確定為5分鐘，陰陽(yáng)極極板間距為1cm，陰陽(yáng)極基體為打磨較粗的不銹鋼片，尺寸20×20mm，沉積獲得碳納米管鍍層樣品。

電泳沉積獲得的實(shí)驗(yàn)樣品在200°C的遠(yuǎn)紅外快速恒溫干燥箱干燥，干燥后的樣品作陰極，以覆有熒光粉的ITO玻璃作陽(yáng)極構(gòu)成二極管結(jié)構(gòu)，在壓強(qiáng)為5×10-5Pa的真空下和陰陽(yáng)極間距為270μm進(jìn)行場(chǎng)發(fā)射實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

利用二極管機(jī)構(gòu)對(duì)所制備的CNTs陰極進(jìn)行了場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試。

從場(chǎng)發(fā)射性能測(cè)試看，四種樣品的I-U變化大致相同，但是在某些重要數(shù)值點(diǎn)上存在較大的差異：樣品1的和樣品2的開啟電壓要比樣品3和樣品4的開啟電壓低，其中樣品2的開啟電壓最低為450V；當(dāng)穩(wěn)定電流達(dá)到1000μA時(shí)，樣品1所需要施加的電壓為900V，樣品2小于900V，而樣品3和樣品4均要1000V以上。因此，從本實(shí)驗(yàn)性能測(cè)試來(lái)看，A類和B類碳納米管的場(chǎng)發(fā)射特性優(yōu)于C類和D類碳納米管的場(chǎng)發(fā)射特性。

對(duì)制備的CNTs陰極樣品做發(fā)光照片分析，可知，樣品1和2的發(fā)光效果較好，發(fā)光點(diǎn)均勻，發(fā)光密度較大，而樣品3和4發(fā)光顆粒不均勻，薄膜表面出現(xiàn)不發(fā)光點(diǎn)，甚至出現(xiàn)較大光斑。本實(shí)驗(yàn)采用的四種規(guī)格的碳納米管制備的樣品中，樣品2的發(fā)光效果最好，這很可能是因?yàn)闃悠?采用的碳納米管的管徑和長(zhǎng)度都較小具有的場(chǎng)增強(qiáng)作用并且沉積薄膜較為均勻?qū)е碌摹?/p>

3 結(jié)束語(yǔ)

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)測(cè)試四種不同規(guī)格的碳納米管薄膜的場(chǎng)發(fā)射性能，得到以下結(jié)論：較小管徑的碳納米管的場(chǎng)發(fā)射性優(yōu)于較大管徑的碳納米管，并且管徑10-20nm、長(zhǎng)度小于20μm的碳納米管薄膜開啟電壓可低至450V，當(dāng)電壓達(dá)到900V時(shí)持續(xù)穩(wěn)定電流達(dá)到1000μA，發(fā)光照片顯示光點(diǎn)分布均勻，明亮，發(fā)光效果最佳。

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*通訊作者：張?zhí)m，女，河南鄭州人，教授，博士生導(dǎo)師，從事先進(jìn)材料的制備與力學(xué)性能研究、材料與設(shè)備安全性能的研究與評(píng)估。