碳纳米管的光电特性及应用

(4页)

'碳纳米管的光电特性及应用'
真空电子技术 VA CUUMELECTRONIC S 38 2007- 03 # 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 -Opitic Characteristics of Carbon Nanotube and Its Application LIU L- i ping (China Def inse Science and Technology Center, Beij ing 100036, China) Abstract: Carbon nanotube is an important nano - material1 T his paper discusses the atomic structure of carbon nanotube and analyses the influence of chiral on the characteristics of carbon nanotube1 T he field e - mission performance of carbon nanotube is discussed in this paper also1 On the baisis of this discussion, the application of carbon nanotube is discussed. Key words: Carbon nanotube; Flied emission; 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 米管( Carbon Nanotube) 以来[ 1], 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。 碳纳米管是一种非常典型的一维纳米材料, 它 可以被用作传感器, 高强度机械材料, 氢存储器, 并 应用于微波管、 真空规、 质谱仪、 TEM 和空间飞行 器中和离子的电子源等 [ 2~ 6] , 还有用碳纳米管做 CRT 电子源的例子 [ 7] 。 碳纳米管可以视为卷曲而成的石墨层, 包括单 壁( SWNT ) 和多壁( MWNT) 两种, 根据顶端状态又 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]。 图 1 中用两种方式表达了碳纳米管中的原子 排列, 其中外层采用的是化学键表示法, 内层采用的 是原子组合形态表示法。当碳管仅含有图中某一层 时, 即形成单壁碳纳米管, 碳原子之间成正六边形晶 图 1 碳纳米管结构示意图 格排列; 而当含有两层或者更多层时, 即形成多壁碳 纳米管。当碳管顶端敞开时, 如图中外层所示, 即构 成开口型碳管; 而当碳管顶端封闭时, 如图中内层所 示, 即构成闭口型碳管。 碳纳米管的主要制备方法包括在含铁、 钴、 镍等 催化剂下的电弧法、 激光法和化学气相沉积法 等[ 9~ 12]。其中多壁碳纳米管一般通过电弧放电法 制备, 典型内径在 1 15~ 15 nm, 典型外径在 2 15~ 30 nm, 长度在 015~ 1 Lm [ 13] 。 碳纳米管的很多性质都来源于其几何特性, 亦 即碳管的手性, 尤其对于单壁碳管更是如此。碳管 的手性由其手性向量( m, n) 决定, 根据手性向量将 VAC UUMELECTRONIC S真空电子技术 2007- 03 39 碳管分为手性碳管和非手性碳管两类。其中非手性 碳管具有镜像反演性, 包括扶椅型碳管和锯齿型碳 管两个类型; 其他不具有镜像反演性的碳管则属于 手性碳管。手性碳管和非手性碳管的机械性能之间 并没有明显差异, 但是其电学性能则强烈受到碳管 手性的影响。例如扶椅型碳管总呈金属性, 而锯齿 型碳管和手性碳管则呈半导体性 [ 14] 。这也可以通 过m, n 的具体数值来表述, 即当 m, n 均能被3 整除 时, 碳管呈金属性, 否则呈半导体性[ 15]。 碳纳米管具有高长径比、 高杨氏模量和高热导 率等特性, 但是在实际应用中尚须解决碳纳米管的 手性控制和定位控制问题。 1 碳纳米管的近期应用 碳纳米管的近期应用是基于场致发射机理的各 种电子器件。图 2表示了电子在高电场作用下产生 场致电子发射的机理。 图 2 外加电场下金属 -真空界面电子势能曲线 如图 2 所示, 在外加电场的作用下, 发射体表面 势垒形状和宽度受经典镜像力和外加电场共同影 响, 外电场加强, 表面势垒高度随之降低, 势垒宽度 也同时变窄。当势垒宽度窄到可以与电子波长相比 拟的程度时, 电子就可以穿过势垒逸出到达外部真 空环境, 形成电子发射 [ 16~ 18] 。 由于碳纳米管具有很高的长径比, 其场致发射 性能十分优秀。碳纳米管场致发射阴极在平板显示 器件、 电子显微镜和微波器件等具有广泛的应用。 1 1 1 场致发射平板显示器件 图 3 是英国剑桥大学 W1 I1 Milne 教授研究小 组采用微加工工艺制备的碳纳米管三极结构。在该 结构中, 碳纳米管由化学气相沉积的方法定向生长 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 灵敏地控制碳纳米管的发射电流。 图 3 碳纳米管场发射三极结构 图 4( a) 表示了碳纳米管场致发射平板显示器 件的基本结构。通过栅极电极的扫描信号和阴极电 极的数据信号, 实现了场发射平板显示器的矩阵扫 描。由碳纳米管发射出的电子经过栅极调制和阳极 加速后, 以很高的能量轰击到荧光屏上, 从而实现了 图像显示。图 4( b) 是法国 LET I 制备的采用碳纳 米管作为场发射阴极的平板显示器件。 图 4 碳纳米管场致发射平板显示器件 真空电子技术 VA CUUMELECTRONIC S 40 2007- 03 1 12 电子显微镜 电子显微镜是碳纳米管的另外一个应用领域。 在图 5 所示的电子显微镜结构中, 由阴极发射出的 电子经过聚焦后轰击到被检测样品上, 提取出样品 的特征信息。图 6将碳纳米管场致发射体自组装在 电子显微镜的阴极基底上。 图 5 电子显微镜结构 图 6 碳纳米管场发射尖端 1 13 高频器件 基于场致发射机理的高频器件是近来国内外研 究的另外一个热点。在传统的微波器件中, 由热阴 极发射出的电子束经过与高频场的调制实现高频信 号的放大。但是由于电子的渡越时间等限制, 通常 不直接对电子束流的幅值调制, 而是通过对电子的 速度调制实现与高频场的能量交换。 如果采用碳纳米管作为场
关 键 词:
纳米 光电 特性 应用
 天天文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
关于本文
本文标题:碳纳米管的光电特性及应用
链接地址: https://www.wenku365.com/p-42268681.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服点击这里,给天天文库发消息,QQ:1290478887 - 联系我们

本站为“文档C2C交易模式”,即用户上传的文档直接卖给(下载)用户,本站只是中间服务平台,本站所有文档下载所得的收益归上传人(含作者)所有【成交的100%(原创)】。本站是网络服务平台方,若您的权利被侵害,侵权客服QQ:1290478887 欢迎举报。

1290478887@qq.com 2017-2027 https://www.wenku365.com 网站版权所有

粤ICP备19057495号 

收起
展开