微加工课程论文

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1、分析电泳法现实碳纳米管的沉积刘瑞斌10327015摘要：采用电泳法沉枳CNT到基底上，对电泳法原理的介绍以及分析和改进关键词：电泳法、CNT、阴极、场发射背景介绍：众所周知，平板显示器、手机屏幕、SEM等以及其他场发射领域、真空微电子器件都需要用到性能良好的阴极，而现有的阴极大多数为热阴极，少部分为冷阴极。冷阴极具有很多热阴极所无法比拟的优点：低功耗，室温工作，体积小等优点，所以冷阴极是比热阴极更具有应用前景的材料。而由于CNT顶端具有较小的曲率半径，较人的长径比，极高的电导率,卓越的机械强度和化学稳定性等优点°,使碳纳米管作为一种优异性

2、能的阴极材料被广泛地研究。目前国内外制备冷阴极的方法包括直接生长②、丝网印刷③、喷洒④、电泳沉积⑤等方法。而只有电泳沉积方法操作比较简单、成本低、大批量生产、沉积的CNT质量较好等优点⑥，因此木课题论文着重介绍电泳法现实碳纳米管的沉积原理以及其可能的加强电泳法的措施。电泳法的原理：电泳法EPD包括两个重要步骤：第一步，在液态悬浮液的带电胶体在电场作用下被迫向相反电性的电极移动。第二步，这些带电的胶体被沉积在导电电极的表面。一般的电泳装置如图1所示由电源电极其屮电极包活基底，电泳液组成。对于不同的沉积材料，电泳液的配置也会不同，沉积材料需要

3、带电。英中电泳法所需要解决的问题：1.如何使碳纳米管带电；2.为防止CNT团聚怎么分散CNT即获得稳定的悬浮液；3.如何增加CNT与基底的粘附性；4.如何使CNT垂直地沉积到基底；5.如何增加CNT与基底之间的导电性。根据辛泰克公司发明的专利⑦，电泳沉积需要的材料：1、基质颗粒：玻璃颗粒300nm-3pm的直径2、链接剂分子：(3・氨基丙基)三乙氧基硅烷(APS)3、碳纳米管4、分散剂：聚乙烯基毗咯烷酮(PVP)、(聚乙烯醇缩丁醛(PVB)或乙基纤维素)5、液体介质：水、甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚矶(DMS

4、O)或其组合7、充电剂:MgC12或者(Mg(NO3)2、La(NO3)3、Y(NO3)3、A1C13和氢氧化钠其中任意一种)。可使用任意适合的量;经测虽相对于含纳米结构材料的量，小于1重量％至50重量％的用量是可行的8、基底材料：不锈钢电极。示例性的导电基底包括，但不限于，金属、金属合金、石墨和掺杂硅；或者，基底可通过涂覆有导电层的非导电材料而形成，例如具有沉积金属层的钢・锡氧化物玻璃(ITO)、或者玻璃或硅晶片其基本步骤为：1、制备功能化基质颗粒通过行星式球磨机加工市购的玻璃颗粒以生产直径为300nm〜3口m的玻璃颗粒。将球磨玻璃颗粒

5、分散在包含乙醇和少量水的液体介质中。所述液体介质还包含(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APS)链接剂分子，APS对玻璃之比为l:800(ml/mg)。将包含APS链接剂分子和基质颗粒的液体介质超声处理15min,由此形成白色玻璃悬浮液。虽然不是必需的步骤,还是通过滤膜(5um)过滤该悬浮液以除去过剩的APS。用乙醇重复清洗Z后，将功能化基质颗粒即APS改性的玻璃颗粒在120°C的烘箱中干燥3小时以使吸附的APS与玻璃交联2、制备CNT-基质颗粒复合物通过化学气相沉积制备预形成的CNT,随后进行酸处理以除去催化剂。所述酸处理也可引入一些含氧基

6、团到CNT上。然后将CNT分散在包含乙醇、作为分散剂的聚乙烯基毗咯烷酮(PVP)和作为充电剂的MgC12的液体介质屮。含有的CNT是0.05g/L,PVP是0.lg/Lo将该悬浮液超声处理30分钟以确保CNT很好地分散并分离可能的团聚体。然后添加功能化基质颗粒到悬浮液中，接着是进行另外30分钟的超声处理以形成稳定的悬浮液。所述功能化基质颗粒以CNT总量的40()重量％添加到悬浮液中。CNT和功能化基质颗粒之间的静电引力导致形成CNT-基质颗粒复合物。3、电泳沉积均匀的CNT复合膜以及制造电子场致发射阴极在室温下恒定DC电压(20V)下进行

7、电泳沉积。使用不锈钢电极，英屮一个包括基底,电极间距为lcm。作为任选的第一步，将不锈钢基底浸入包含玻璃颗粒和CNT的粘结剂溶液中25秒。然后，通过在施加电流的情况下将基底电极和对电极浸入到CNT・基质颗粒复合物的悬浮液中25秒来电泳沉积CNT-基质颗粒复合物到基底电极上。然后从EPD悬浮液中除去涂覆CNT-基质颗粒复合物的基底，在室温下干燥，并在700°C下在5xl(f托真空中退火12小时。当用于场致发射应用时，可任选将该退火基底经受绕绝缘带过程以激发作为有效发射体的CNT尖(tips)。参照辛泰克公司发明的专利⑧做以下分析:其屮链接剂

8、APS的第一官能团与玻璃颗粒的表面通过氨基硅烷分子的一个或多个疑基Z间的化学反应相结合，而链接剂APS的氨基与碳纳米管的一个或多个含氧基团之间的静电作用相结合。PVP作为高分子表面活性剂，在不