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1、真空电子技术VACUUMELECTRONICS#综述#碳纳米管的光电特性及应用刘莉萍(总装备部科技信息研究中心,北京100036)Electro-OpiticCharacteristicsofCarbonNanotubeandItsApplicationLIUL-iping(ChinaDefinseScienceandTechnologyCenter,Beijing100036,China)Abstract:Carbonnanotubeisanimportantnano-material1Thispaperdiscussesthea
2、tomicstructureofcarbonnanotubeandanalysestheinfluenceofchiralonthecharacteristicsofcarbonnanotube1Thefielde-missionperformanceofcarbonnanotubeisdiscussedinthispaperalso1Onthebaisisofthisdiscussion,theapplicationofcarbonnanotubeisdiscussed.Keywords:Carbonnanotube;Fliede
3、mission;Application摘要:碳纳米管是一种重要的纳米材料。本文讨论了碳纳米管的原子结构,分析了其结构对碳纳米管性能的影响。本文根据场致发射理论分析了碳纳米管的场致发射性能,在此基础上,本文还分析了碳纳米管在信息电子领域的短期和长期应用前景。关键词:碳纳米管;场发射;应用中图分类号:TN389文献标识码:A文章编号:1002-8935(2007)03-0038-04自从1991年日本科学家Ijima制备得到碳纳[1]米管(CarbonNanotube)以来,人们对以碳纳米管的制备、性能表征和器件应用做了大量研究。由于纳
4、米材料具有非常独特的性能,它在生物、化工、建筑和电子等领域具有众多的应用前景。本文将讨论碳纳米管的原子结构,并分析其在电子器件中的应用前景。图1碳纳米管结构示意图碳纳米管是一种非常典型的一维纳米材料,它格排列;而当含有两层或者更多层时,即形成多壁碳可以被用作传感器,高强度机械材料,氢存储器,并纳米管。当碳管顶端敞开时,如图中外层所示,即构应用于微波管、真空规、质谱仪、TEM和空间飞行[2~6]成开口型碳管;而当碳管顶端封闭时,如图中内层所器中和离子的电子源等,还有用碳纳米管做[7]示,即构成闭口型碳管。CRT电子源的例子。碳纳米管的
5、主要制备方法包括在含铁、钴、镍等碳纳米管可以视为卷曲而成的石墨层,包括单催化剂下的电弧法、激光法和化学气相沉积法壁(SWNT)和多壁(MWNT)两种,根据顶端状态又[9~12]等。其中多壁碳纳米管一般通过电弧放电法分为开口和闭口两种。图1给出了碳纳米管的原子结构示意图[8]。制备,典型内径在115~15nm,典型外径在215~30[13]nm,长度在015~1Lm。图1中用两种方式表达了碳纳米管中的原子碳纳米管的很多性质都来源于其几何特性,亦排列,其中外层采用的是化学键表示法,内层采用的即碳管的手性,尤其对于单壁碳管更是如此。碳管是
6、原子组合形态表示法。当碳管仅含有图中某一层的手性由其手性向量(m,n)决定,根据手性向量将时,即形成单壁碳纳米管,碳原子之间成正六边形晶382007-03VACUUMELECTRONICS真空电子技术碳管分为手性碳管和非手性碳管两类。其中非手性响,外电场加强,表面势垒高度随之降低,势垒宽度碳管具有镜像反演性,包括扶椅型碳管和锯齿型碳也同时变窄。当势垒宽度窄到可以与电子波长相比管两个类型;其他不具有镜像反演性的碳管则属于拟的程度时,电子就可以穿过势垒逸出到达外部真[16~18]手性碳管。手性碳管和非手性碳管的机械性能之间空环境,形成电
7、子发射。并没有明显差异,但是其电学性能则强烈受到碳管由于碳纳米管具有很高的长径比,其场致发射手性的影响。例如扶椅型碳管总呈金属性,而锯齿性能十分优秀。碳纳米管场致发射阴极在平板显示[14]型碳管和手性碳管则呈半导体性。这也可以通器件、电子显微镜和微波器件等具有广泛的应用。过m,n的具体数值来表述,即当m,n均能被3整除111场致发射平板显示器件[15]时,碳管呈金属性,否则呈半导体性。图3是英国剑桥大学W1I1Milne教授研究小碳纳米管具有高长径比、高杨氏模量和高热导组采用微加工工艺制备的碳纳米管三极结构。在该率等特性,但是在实际
8、应用中尚须解决碳纳米管的结构中,碳纳米管由化学气相沉积的方法定向生长手性控制和定位控制问题。在阴极电极上。阴极上方制备有栅极电极,由于栅极膜孔的孔径很小,通过栅极电压的改变可以非常1碳纳米管的近期应用灵敏地控制碳纳米管的发射电流。碳纳
