丝网印刷制备碳纳米管阴极的强流脉冲发射特性研究

采用丝网印刷法制备了一种大面积的碳纳米管阴极,表征了阴极表面碳纳米管的形貌及分布.研究了该阴极在不同脉冲条件下的高压脉冲发射特性,分析了发射时阴极面等离子体产生和发射点的分布.研究表明：碳纳米管阴极的脉冲发射机制为爆炸电子发射,在平均场强为16.7V/μm的单脉冲电场下,阴极的最高发射电流密度为99 A/cm².在平均场强为15.4 V/μm的双脉冲电场下,阴极的最高发射电流密度为267 A/cm².碳纳米管阴极可以作为强流电子束源在高能微波器件中得到应用. 关键词： 强流脉冲电子束 碳纳米管 阴极 丝网印刷     

大电流碳纳米管场发射阴极研究

报道了在较大发射面积上获得较大场发射电流的碳纳米管场发射阴极。为了加强场发射电流,在丝网印刷浆料中增加一种金属纳米颗粒,金属颗粒增强了碳纳米管发射体和衬底的接触,提高碳纳米管和衬底的粘附作用。利用改进后的丝网印刷方法制备了大电流碳纳米管场发射阴极,测得最大发射电流为68.0 mA,阴极有效发射面积约1.1 mm2,发射电流密度约6.2 A/cm2;并成功将改进方法制备的大电流场发射碳纳米管阴极应用于场发射真空器件原型。实验证明这种具有较大发射电流和较大发射电流密度的场发射能够满足部分大功率电子器件的需求。收稿日期:; 修订日期:     

碳纳米管阴极的短脉冲爆炸场发射与等离子体膨胀

采用碳纳米管制备了一种强流电子束发射阴极,并对碳纳米管阴极在双脉冲条件下的强流发射性能进行了研究.在双脉冲条件下获得了245 A/cm²的强发射电流密度,阴极的开启时间约为40 ns.采用高速分幅相机和CCD相机对强流电子束在空间和时间的分布进行了研究.研究表明连续脉冲实验时,离子体及其膨胀对发射电子束的强度和分布影响很大,双脉冲时脉冲间隔时间内等离子体的膨胀速率约为8.17 cm/μs.等离子体形成时没有优先位置,电子束发射的局部增强位置是随机的.结果表明碳纳米管阴极可以作为强流阴 关键词： 碳纳米管 爆炸场发射 等离子体膨胀 强流电子束     

单壁碳纳米管在场发射显示器中的应用研究

采用丝网印刷法将利用电弧放电法制备的单壁碳纳米管印刷在玻璃板上作为场发射显示器阴极材料，利用荧光粉阳极测试了其发光亮度，并研究其场发射性能.实验结果表明，单壁碳纳米管作为场发射显示器阴极材料具有较低的开启电场和较大的场发射电流密度，显示出良好的场发射特性.     

基于丝网印刷技术的碳纳米管场发射冷阴极制作

制备了一种新型碳纳米管浆料,并总结了一套阴极制作工艺.实验表明,质量比约为10%的纯化碳纳米管、5%的纳米金属粉末和有机材料混合形成的印刷浆料,其阴极具有较好的发射均匀特性.在浆料制备过程中通过加入表面活性剂使碳纳米管分散更加均匀.用丝网印刷技术制作阴极,并用机械刀刻的办法制作阴、栅两极之间的沟槽,经烧结后分析阴极膜的电阻率和粘附性随阴极材料组分和制作工艺的变化关系,确定较为合适的升温曲线及丝网目数,阴极碳纳米管的均匀性、导电性的提高改善了发射均匀性.该阴极开启场为2.5 V/μm,在电场强度为3.3 V/μm下,阳极电流为5.6 μA,场发射电流稳定,波动小于5%.     

碳纳米管和天鹅绒阴极强流发射特性的对比研究

采用电泳沉积法、碳纳米管纸和化学气相沉积直接生长法制备了三种碳纳米管阴极. 从强流发射性能、阴极等离子体膨胀、阴极起动、发射均匀性、工作稳定性以及脉冲放气特性等多个方面, 对比研究了碳纳米管阴极和化纤天鹅绒阴极的强流发射特性, 研究表明碳纳米管阵列和碳纳米管纸阴极发射性能明显优于普通化纤天鹅绒, 碳纳米管阴极发射性能与碳纳米管取向无关, 管壁的缺陷发射对无序碳纳米管阴极强流发射具有重要贡献. 碳纳米管阴极的起动场强约为普通化纤天鹅绒的2/3, 电场上升率相同时碳纳米管阴极比化纤天鹅绒阴极起动时间短12–17 ns. 碳纳米管阴极发射均匀性优于化纤天鹅绒, 尤其是碳纳米管阵列, 整个阴极表面等离子体光斑致密且均匀. 在二极管本底气压为6×10^-3 Pa时, 碳纳米管纸阴极对应的二极管峰值气压不到0.3 Pa, 约为普通化纤天鹅绒阴极的1/5, 碳纳米管阵列阴极放气量在三种阴极中最少, 仅为0.042 Pa. 结果表明, 碳纳米管阴极在强流电子束源和相关高功率微波器件领域具有潜在的应用价值.     

磁场辅助热处理金属化碳纳米管场发射性能

利用化学镀方法对多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes,MWNTs)表面金属化镀镍(MWNTs/Ni),采用丝网印刷制备MWNTs/Ni场发射阴极,并在磁场辅助下热处理所得阴极,研究磁场辅助热处理对MWNTs/Ni阴极的场发射性能的影响,经300mT磁场辅助热处理的MWNTs/Ni的场发射阴极开启场强约为0.80V·μm~(-1),场增强因子β约为16068,对单根MWNTs/Ni在磁场中的受力情况进行建模分析,实验结果表明:磁场辅助热处理有助于提高MWNTs/Ni在阴极表面的直立分布,提高了MWNTs/Ni的场发射性能。     

三极场发射显示器中二次印刷型碳纳米管阴极的制备及特性(英文)

结合丝网印刷技术,研发了一种碳纳米管阴极制备法.利用双壁纳米管作为原材料,并加入细小银颗粒,制作了混合纳米管浆料.将混合纳米管浆料制作在传导电极表面,再将普通纳米管浆料印刷在混合纳米管浆料的上面.在链式烧结炉中对烘烤后的纳米管浆料同时进行烧结以除掉有机溶剂.在进行适当的后处理工艺之后,就形成了二次印刷型纳米管阴极,它能显著改善阴极的场致发射特性.制作了二次印刷型纳米管阴极的三极结构场致发射显示器.该显示器具有更高的发光亮度以及更好的发光图像亮度均匀性.与普通纳米管阴极场致发射显示器相比较,它能够将开启电场从2.15V/μm降低到1.75V/μm,并能够将最大场发射电流从735.8μA提高到1 588.5μA.所研发的纳米管阴极制备方法具有很强的实际应用性,且制作成本低廉.     

改进碳纳米管电接触及粘贴性能的一体式冷阴极制作

在阴极玻璃面板上研发了一种新型的一体式冷阴极.印刷的银浆被烧结后用于形成银底电极.制备了薄层底电极浆料,其中含有大量碳纳米管.将薄层底电极浆料印刷在银底电极表面,然后再将普通碳纳米管浆料制作在烘烤的薄层底电极浆料上.利用高纯度氩气作为保护气体,在烧结炉中对这两种浆料同时进行烧结.烧结后的薄层底电极将和银底电极相互融合在一起,碳纳米管层则覆盖于薄层底电极的表面.同一阴极像素中制作了两个碳纳米管发射极.备用碳纳米管发射极的存在,有利于延长整体显示器的使用寿命.利用薄层底电极作为碳纳米管层和银底电极之间的中间层,能够有效改善碳纳米管的粘贴性能,同时增强二者之间的可靠欧姆接触.利用碳纳米管作为阴极制作了一体式冷阴极场发射显示器.该显示器具有良好的发光图像质量以及更好的场发射特性.与普通碳纳米管阴极场发射显示器相比,一体式冷阴极场发射显示器能够将开启场强从2.11 V/μm减小到1.68 V/μm;将最大场发射电流从905 μA提高到1 866.2 μA;数值为367 μA场发射电流的电流波动不超过4.5％.该一体式冷阴极场发射显示器已经以稳定的发光亮度而连续运行10余天.     

碳、碳氮和硼碳氮纳米管场发射性能的比较研究

采用高温热解法在860℃分别制备出了碳、碳氮和硼碳氮纳米管，提纯后利用丝网印刷工艺分别将它们制备成薄膜，并测试了它们的场发射性能.结果表明：碳纳米管、碳氮纳米管和硼碳氮纳米管薄膜的开启电场分别为2.22，1.1和4.4V/μm，当电场增加到5.7V/μm时，它们的电流密度分别达到1400，3000μA/cm²和小于50μA/cm².碳和碳氮纳米管薄膜的场增强因子分别为10062和11521.可见，碳氮纳米管的场发射性能优于碳纳米管，而硼碳氮纳米管的场发射性能比前两者要差.解释了这三种纳米管场发射性能差别的原因. 关键词： 碳纳米管 碳氮纳米管 硼碳氮纳米管 场发射     

碳纳米管阴极强流脉冲发射特性实验

 在2 MeV直线感应加速器注入器平台上研究了采用浸渍涂覆方法制备的大面积碳纳米管阴极发射体的强流发射特性。研究结果表明：在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极具有强流电子束发射能力,发射电流密度较大;碳纳米管阴极发射电子过程为场致等离子体发射。实验过程中,阴极端取样电阻环收集到的最大发射电流达350 A,阳极端法拉第筒收集的发射电流为167 A,最大阴极发射电流密度为19.4 A/cm²。     

Carbon nanotube field emission cathodes fabricated with trivalent chromium conversion coated substrates

The properties of carbon nanotube (CNT) field emission cathodes fabricated by a dip coating method with trivalent chromium conversion coated substrates are studied. Two kinds of substrates with different morphologies, one with a rough crackled surface and the other with a smooth surface, were used for making the CNT cathodes, and their I-V curves and emission patterns were evaluated. The results show that, as compared to the smooth substrate surface, the rough surface with self-assembled sub-micro-cracks on the substrate can dramatically enhance the uniformity of the emission pattern and the emission efficiency. The cathode fabricated with the crackled substrate shows good field emission properties such as high brightness, good uniformity, a low turn-on field (0.86 V/μm) and a high current density of 10 mA/cm² at 2.5 V/μm.     

A comparative study of field emission properties of carbon nanotube films prepared by vacuum filtration and screen-printing

A comprehensive comparative study of electron field emission properties of carbon nanotube (CNT) films prepared by vacuum filtration and screen-printing was carried out. Field emission performance of vacuum filtered CNT films with different filtered CNT suspension volumes was systematically studied, and the optimum electron emission was obtained with a low turn on field of ∼0.93 V/μm (at 1 μA/cm²) and a high field enhancement factor β of ∼9720. Comparing with screen-printed CNT films, vacuum filtered CNT films showed better electron emission performance, longer lifetime, and greater adhesive strength to substrates. This work reveals a potential use of vacuum filtered CNT films as field emission cathodes.     

碳纳米管阴极强流脉冲发射放气质谱分析

借助2 MeV直线感应加速器注入器平台,利用四极质谱仪研究了碳纳米管阴极的强流脉冲发射放气质谱特性. 研究结果表明:在脉冲高压电场下,碳纳米管阴极材料释放出较多的吸附气体,解吸气体又以CO₂,N₂(CO),H₂三种气体居多,这些解吸气体在阴极等离子体形成过程中起着重要的作用. 通过分析解吸气体成分的含量,证明碳纳米管阴极强流脉冲电子发射过程为场致等离子体发射,而不是场致爆炸发射. 关键词： 碳纳米管阴极 强流脉冲发射 质谱分析 场致等离子体发射     

天鹅绒与碳纳米管阴极强流脉冲发射特性

在2 MeV直线感应加速器注入器平台上开展了天鹅绒阴极与碳纳米管阴极的强流脉冲发射特性综合实验。研究结果表明:天鹅绒阴极与碳纳米管阴极均具有强流脉冲发射性能,在1.61 MV的二极管电压下,天鹅绒阴极与碳纳米管的发射电流密度分别为84,108 A/cm2;启动时间分别为21,40 ns;放气量分别为0.29,0.91 PaL;放出气体分子数目与发射电子数目之比分别为64,225;两种冷阴极强流脉冲发射时的放气质谱相似。     

太赫兹源场致发射电子源

通过粒子模拟(PIC)软件模拟计算了在ps级别下二极与三极结构碳纳米管场致发射的电流密度与电子注聚焦性能。阳极电压在2 kV时,二极结构下电流密度达到1.85 A/cm2;三极结构下,栅压700 V时发射电流密度达到2.3 A/cm2,且在一定的三极结构参数与电极电压下,可以获得较好的电子注聚束效果。通过碳纳米管二极管发射实验,获得了6.6 A/cm2的发射电流密度,总发射电流达到52.1 mA,可以为太赫兹器件提供连续发射的电子注。     

激光烧蚀对碳纳米管薄膜场发射性能的影响

采用丝网印刷工艺制作了碳纳米管(CNTs)薄膜阴极.经适当能量激光烧蚀后,相互粘连的CNTs随表面粘附有机物的蒸发而分散开,管间隙增加、屏蔽效应减小,使得场发射性能大幅度提高,开启场强降低、场倍增因子β增大.Raman光谱分析表明,随激光能量增加,CNTs表面缺陷增多,成为新的场发射点,对其β增大的贡献加强.相对于两电极结构,三电极中平栅极结构场发射性能经激光烧蚀有更显著的改善.这说明激光烧蚀是提高CNTs场发射性能的有效方法. 关键词： 碳纳米管薄膜 场发射 激光烧蚀 Raman光谱