柔性基板上碳納米

柔性基板上碳納米管的場發射特性摘要調查有機聚合物基體上的單壁碳納米管的場發射特性。采用噴霧法，單壁碳納米管薄膜首先沉積到硅基板上。在這種情況下，單壁碳納米管的電性能可以通過酸處理和熱處理來增強。而在硅基板上的單壁碳納米管薄膜被轉移到PDMS基板上。在這種情況下，為了提高單壁碳納米管發射器的粘附性，在PDMS硬化之前要進行轉移過程。從這些發射極的表面，單壁碳納米管以最低為0.9V/μm的場被打開。0.75mA/cm2的發射電流密度在1.2V/μm的場中是可以達到的。1、介紹碳納米管（CNT），已被證明具有優異的排放特點，如排放低閾值電場和高電流密度，由于它們的幾何形狀，高縱橫比，和小曲率尖端半徑，以及高的化學和機械穩定性。這些特性使得它們作為一個潛在的冷陰極發射器用于場致發射顯示器（FEDS）很有吸引力。用于制造場致發射顯示器，在金屬電極上，碳納米管必須以電子發射器的陣列作為圖案。絲網印刷過程中，采用一個CNT漿料，因為成本低，工藝簡單，發射站點均勻和便于大規模生產，已經被用來制成大面積冷陰極面板。正如預期的那樣，在印刷陰極層的碳納米管隨機分布在基質材料上，因此，與高度有序，豎直排列的碳納米管陣列相比，其排放特性差。

在絲網印刷工藝中遇到的一些問題包括：碳納米管較弱的附著在基底上以及場致發射不均勻。碳納米管漿料里的有機粘合劑在加熱過程后修復了CNT粉末和有機粘合劑的殘留物導致的問題，例如一個場致發射測量時的放氣和電弧放電。因此，應提高碳納米管到基板的粘附性以及考慮穩定場發射良好分散的單壁碳納米管。在這項研究中，首先采用噴霧法使單壁碳納米管薄膜沉積到硅基板上。在這種情況下，單壁碳納米管的電性能可以通過酸性和熱處理得到提高。而在硅基板上的單壁碳納米管薄膜被轉移到PDMS基板上。為了改善單壁碳納米管發射器的粘附性，在傳輸過程進行之前要進行PDMS的硬化。PDMS作為基板的優勢，其中許多人認為，是生產發射器的成本較低和允許任何幾何形狀的發射器用于場發射。圖1流程示意圖2、實驗單壁碳納米管粉末（從日進納米科技有限公司購買）直徑為5-10納米，平均長度5-20μm，和95％的純度，它被用作場致發射源。在單壁碳納米管進行實驗前，1毫克的樣品用超聲波分散于100毫升DMF（二甲基甲酰胺）溶液中。結果溶液稀釋為0.01mg/mL。單壁碳納米管的溶解度被分散是通過在180℃的熱板上，使用噴霧到硅基板上以除去DMF溶液。DMF的沸點為170°C。而在硅基板上的單壁碳納米管被轉移到剛硬化（圖1）之前的PDMS上。然后PDMS因為具有在發射器和PDMS基板之間的良好的附著力，而被完全硬化。作為表面處理，完全硬化后用膠帶揉和剝離，通過對突出的單壁碳納米管發射器實行有效的電子發射。分散的單壁碳納米管的發射器的場發射特性是在一個真空下5×10-5托的二極管結構里進行測試。陽極和陰極被隔開270μm，放置磷/ITO/玻璃在陽極側。圖2傳送單壁碳納米管到PDMS基板的截面FE-SEM圖像3、結果與討論在圖二中，掃描電鏡圖片顯示了傳送到PDMS基板后的單壁碳納米管發射器的表面形貌。在PDMS基板上，把膠粘帶涂布在被轉印單壁碳納米管的表面上。在取出膠粘帶時，拉力被用在垂直于表面的單壁碳納米管上，從而感應到所觀察到的單壁碳納米管的方向。圖3在PDMS基板上單壁碳納米管的IV曲線圖像圖3展示了在PDMS基板上，從二極管型單壁碳納米管發射器中電子發射的I-V特性。直接在真空室中測量的陽極到陰極的間距270μm。在這種情況下，PDMS基板上的單壁碳納米管發射器的開啟電場被證明最低約為0.9V/μm。在1.2V/μm的場發射電流密度約為0.75mA/cm2。雖然這是一個非常粗略的近似式，福勒-諾德海姆（F-N）公式仍然經常被用于數學來解釋場發射。其中J是場致發射電流密度；Ф是功函數；E是發射表面電場強度；E的實際值無法直接測量，這是與所施加的電壓有關。F-N公式由此設置E=βv/d，其中d為陽極-陰極的距離；β是該領域的所謂的增強因子，它可以通過發射器的高寬比來確定。由V/d直接計算的電場被稱為“表觀電場“，以便把它與實際的局部域區分開。圖4展示了福勒-諾德海姆（FN）繪制的圖，該線性表示I-V特性由常規的場發射機理來決定。這個線性可以解釋為沒有貼有機材料的單壁碳納米管的垂直增加。4、結論概括地說，在硅基板上噴的單壁碳納米管薄膜上被轉移到PDMS基板上。具有有序的單壁碳納米管，其預備發射器的表面具有優異的電子發射特性。在1.2V/μm的場開啟電場小于0.9V/μm和發射電流密度接近0.75mA/cm2。因此，增加場致發射電流，發