ZnO纳米线的气相沉积制备及场发射特性

运用气相沉积方法分别在硅片表面和钨针尖上制备了非取向生长的ZnO纳米线,并通过场发射显微镜研究了纳米线样品的平面场发射特性和针尖场发射特性.结果显示,非取向生长的ZnO纳米线薄膜场发射的开启电压和阈值电压所对应的场强分别为4.7和7.6V/μm,场增强因子达103量级,具有较阵列生长的ZnO纳米线更为优异的场发射能力.非取向生长ZnO纳米线薄膜场发射能力的增强归因于其所具有的稀疏结构避免了强场作用下屏蔽效应的产生,有效地提高了薄膜场发射的电流密度.将ZnO纳米线组装在钨针尖上能够明显地改善针尖的场发射性能,在超高分辨显微探针领域具有良好应用前景.     

用探孔场发射显微镜研究单壁碳纳米管的场发射

探孔场发射显微镜可以观测样品的场发射图象,又能测量局域场发射电流和总场发射电流与电压的关系.本文利用具有二维调节探孔位置的场发射显微镜装置测量了单壁碳纳米管场发射图象不同区域、不同吸附状态和经过热处理后的I-V特性.     

相干电子束实验装置的研制

相干电子束能提供样品上许多重要的信息,点投影显微镜是研究电子束相干特性的有利工具,而高亮度相干电子束可以大大改善电子光学系统空间分辨和能量分辨,可以应用于电子全息摄影和电子干涉测量等领域。本实验装置包括三种模式:①点投影显微镜模式,可以用来研究相干电子束特性;②场离子显微镜模式,可以研究表面原子结构,提供具有原子分辨的实空间原子排列信息;③场发射显微镜模式,可以研究针形样品的场发射特性。这三种模式在一个超高真空系统中可以实时互换。目前实验装置已经达到3.1×10-8Pa压强,并观测了电子显微镜栅网的放大像。     

新型纳米功能材料

讨论了纳米材料复合薄膜的结构和特性,涉及到与力学、防护、电池等特性有关的结构,重点分析了电学、光学、光电特性,如新型纳米线复合光电池,氧化锌(ZnO)纳米棒阵列的结构和荧光发射,以及金属纳米线阵列的制备和场发射特性.金属纳米线阵列场发射的高分辨,结构完美,工艺简单和极低的成本,有可能是未来平板显示器的重要组件.     

碳纳米管场发射电子源

从实验和理论上研究单根碳纳米管(CNT)场发射电子源的稳定问题.利用透射电镜/扫描探针显微镜(TEM/SPM)和场发射显微镜/场离子显微镜(FEM/FIM)对CNTs的场发射特性进行了实验研究.同时从密度泛函理论出发,利用相关程序模拟计算了吸附对单壁碳纳米管(SWNTs)场发射的影响.发现SWNTs荷电体系的总能量与荷电电荷数量关系具有抛物线形式,先减小,达到最小值,之后增加.通常荷4个电子时达到最小值,即体系处于最稳定状态.表明SWNTs有很大的电负性,是容易发生凝聚和吸附分子的根源.进而计算了对氢、氧和水的吸附特性,讨论了吸附对场发射的影响.这些结果对CNTs的场发射特性和作为新型电子源的应用都是有重要意义的.     

碳纳米管与聚苯胺混合物的场发射

本文研究碳纳米管和聚苯胺混合物的场发射.用N-甲基吡咯烷酮溶解的聚苯胺和单壁碳纳米管混合溶液滴在硅片上,在垂直于样品平面的稳恒静电场的作用下,制成了不连续的薄膜.薄膜由尺寸在(2～5)μm的岛组成,分布比较均匀.测试其场发射特性,开启电场(10μA/cm2)为8.06 V/μm.经过计算,得到升压过程和降压过程的场增强因子β分别为8.3×102和1.1×103.用透明阳极技术观测其场发射中心分布,荧光屏上的像点比较均匀,没有观察到明显的屏蔽效应.     

STM碳纳米管针尖的研究

合成和提纯了单壁碳纳米管（SWCNTs)。使用水溶胶体,SWCNTs被组装在钨（W）针尖上,它可以用作扫描隧道显微镜（STM）的针尖,得到高定向石墨（HOPG）和金（Au)膜表面的原子分辨像,用场发射显微镜（FEM）研究了SWCNTs的场发射特性,得到了原子分辨的场发射图,与计算的（9,9）扶手椅型的SWCNT结构相一致,研究了SWCNTs的电学特性,观察到了负阻特性。     

场离子显微镜观测单壁碳纳米管

场离子显微镜是具有原子级分辨能力的尖端表面分析工具.它适用于纳米尺度的单壁碳纳米管(SWCNTs)末端表面原子排列的观测.利用范氏力将SWCNTs组装到钨针尖上,用场离子显微镜观察了这种针尖样品.在观察过程中对针尖样品进行了加热处理,既除掉非晶的C原子,也破坏了由于碳纳米管切割制造过程使用表面活化剂引起的高电阻层,得到了开口SWCNTs的场离子显微镜像,由此推断出SWCNTs束的顶端原子结构,估算出观察到的SWCNTs的直径,并且模拟了其中一个图像所代表的SWCNTs顶端开口的原子排列,推断出产生这个图像的SWCNTs是(7,7)型结构.     

关于质点组内力作功之和与参考系无关的证明

遵守牛顿第三定律的质点组内力作功之和与参考系无关.在有些教材中,内力作功此项性质的证明是基于如下论点的:质点组内部两个质点之间相对运动的速度与参考系无关.本文试图指出此种证明方法的不完善之处.当两个参考系之间存在相对转动时,在它们之中现察到的两质点之间相对运动的速度是可以不相等的.但是,此项差异与两质点之间的相互作用力垂直,故不影响内力所作总功.     

薄膜场发射阴极中纳米线密度的理论优化

现在人们正在研究各种纳米线薄膜 ,因为它们很有可能成为新一代的场发射阴极而被应用于平面显示器等器件中。研究表明 ,除了纳米线的物理特性 ,薄膜的场发射特性也强烈地依赖于纳米线阵列的几何构造。一方面 ,薄膜阴极的纳米线阵列密度要足够大 ,使得大量的场发射源能够产生。另一方面 ,过大的密度带来的屏蔽效应将严重削弱纳米线尖端的局域电场。在本文的参数下 ,利用Ansys软件计算出了纳米线的最佳间距———使得纳米线之间的屏蔽效应可以忽略的最小距离———为纳米线高度的两倍