柔性基板上碳納米

柔性基板上碳納米管的場發(fā)射特性摘要調(diào)查有機(jī)聚合物基體上的單壁碳納米管的場發(fā)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(qiáng)。而在硅基板上的單壁碳納米管薄膜被轉(zhuǎn)移到PDMS基板上。在這種情況下，為了提高單壁碳納米管發(fā)射器的粘附性，在PDMS硬化之前要進(jìn)行轉(zhuǎn)移過程。從這些發(fā)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(fā)射電流密度在1.2V/μm的場中是可以達(dá)到的。1、介紹碳納米管（CNT），已被證明具有優(yōu)異的排放特點(diǎn)，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(xué)和機(jī)械穩(wěn)定性。這些特性使得它們作為一個(gè)潛在的冷陰極發(fā)射器用于場致發(fā)射顯示器（FEDS）很有吸引力。用于制造場致發(fā)射顯示器，在金屬電極上，碳納米管必須以電子發(fā)射器的陣列作為圖案。絲網(wǎng)印刷過程中，采用一個(gè)CNT漿料，因?yàn)槌杀镜?，工藝簡單，發(fā)射站點(diǎn)均勻和便于大規(guī)模生產(chǎn)，已經(jīng)被用來制成大面積冷陰極面板。正如預(yù)期的那樣，在印刷陰極層的碳納米管隨機(jī)分布在基質(zhì)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(wǎng)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(fā)射不均勻。碳納米管漿料里的有機(jī)粘合劑在加熱過程后修復(fù)了CNT粉末和有機(jī)粘合劑的殘留物導(dǎo)致的問題，例如一個(gè)場致發(fā)射測量時(shí)的放氣和電弧放電。因此，應(yīng)提高碳納米管到基板的粘附性以及考慮穩(wěn)定場發(fā)射良好分散的單壁碳納米管。在這項(xiàng)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(zhuǎn)移到PDMS基板上。為了改善單壁碳納米管發(fā)射器的粘附性，在傳輸過程進(jìn)行之前要進(jìn)行PDMS的硬化。PDMS作為基板的優(yōu)勢，其中許多人認(rèn)為，是生產(chǎn)發(fā)射器的成本較低和允許任何幾何形狀的發(fā)射器用于場發(fā)射。圖1流程示意圖2、實(shí)驗(yàn)單壁碳納米管粉末（從日進(jìn)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(fā)射源。在單壁碳納米管進(jìn)行實(shí)驗(yàn)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(jié)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(diǎn)為170°C。而在硅基板上的單壁碳納米管被轉(zhuǎn)移到剛硬化（圖1）之前的PDMS上。然后PDMS因?yàn)榫哂性诎l(fā)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(fā)射器實(shí)行有效的電子發(fā)射。分散的單壁碳納米管的發(fā)射器的場發(fā)射特性是在一個(gè)真空下5×10-5托的二極管結(jié)構(gòu)里進(jìn)行測試。陽極和陰極被隔開270μm，放置磷/ITO/玻璃在陽極側(cè)。圖2傳送單壁碳納米管到PDMS基板的截面FE-SEM圖像3、結(jié)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(fā)射器的表面形貌。在PDMS基板上，把膠粘帶涂布在被轉(zhuǎn)印單壁碳納米管的表面上。在取出膠粘帶時(shí)，拉力被用在垂直于表面的單壁碳納米管上，從而感應(yīng)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(fā)射器中電子發(fā)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(fā)射器的開啟電場被證明最低約為0.9V/μm。在1.2V/μm的場發(fā)射電流密度約為0.75mA/cm2。雖然這是一個(gè)非常粗略的近似式，福勒-諾德海姆（F-N）公式仍然經(jīng)常被用于數(shù)學(xué)來解釋場發(fā)射。其中J是場致發(fā)射電流密度；Ф是功函數(shù)；E是發(fā)射表面電場強(qiáng)度；E的實(shí)際值無法直接測量，這是與所施加的電壓有關(guān)。F-N公式由此設(shè)置E=βv/d，其中d為陽極-陰極的距離；β是該領(lǐng)域的所謂的增強(qiáng)因子，它可以通過發(fā)射器的高寬比來確定。由V/d直接計(jì)算的電場被稱為“表觀電場“，以便把它與實(shí)際的局部域區(qū)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(guī)的場發(fā)射機(jī)理來決定。這個(gè)線性可以解釋為沒有貼有機(jī)材料的單壁碳納米管的垂直增加。4、結(jié)論概括地說，在硅基板上噴的單壁碳納米管薄膜上被轉(zhuǎn)移到PDMS基板上。具有有序的單壁碳納米管，其預(yù)備發(fā)射器的表面具有優(yōu)異的電子發(fā)射特性。在1.2V/μm的場開啟電場小于0.9V/μm和發(fā)射電流密度接近0.75mA/cm2。因此，增加場致發(fā)射電流，發(fā)