信息纳米技术及其应用CH7 信息纳米材料的应用(2009).ppt

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1、CH7信息纳米材料应用CNT应用单电子器件(SET)纳米技术在电子信息领域的其他应用量子磁盘与高密度磁存储超微型纳米阵列激光器微型传感器增韧陶瓷纳米结构高效电容器阵列4.纳米技术的其它应用纳米隐身纳米光催化纳米生物医药7.1CNT应用CNT场发射显示器CNT电子器件CNT氢能利用CNT力学性能应用CNT其他应用7.1.1CNT场发射显示器场发射参数:开启电场(Eto)：场发射电流密度达到10uA/cm2时的电场强度。阈值(Ethr)：场发射电流密度达到10mA/cm2时的电场强度。场发射电流密度：材料的场发射电流与发射面积的比值。场发射电

2、流稳定性:场发射电流随时间的变化。一、CNT场发射性能测试CNT场发射性能测试时的电极结构：a.单根CNTb.多根CNTc.CNT薄膜一、CNT场发射性能测试阳极：阳极作用为参与形成电场并收集阴极发射的电子。测试材料的形状不同，测试目的不同，阳极结构和材料也不同。主要有：ITO阳极，金属板阳极和栅极阳极。右图为金属平板阳极，其特点是耐热性好、机械强度高，可用于大电流测试。一、CNT场发射性能测试栅极阳极：在场发射材料的上方布置一铜质的筛网，筛网与场发射材料之间用厚度为20um的云母隔开，开孔直径为1mm。在筛网和场发射材料上加一定偏压，电

3、子从阴极逸出并向阳极移动，其中一部分穿过筛孔，经加速电压作用打到收集电子的阳极上。二、SWCNT场发射性能测试装置：右图为单壁CNT薄膜的场发射特性测试装置。单壁CNT呈无规则排列，堆积密度约108个/cm2.SWCNT薄膜场发射性能SWCNT：直径1-2nm，长：几十-几百um，是高性能场发射材料。呈多束或无序薄膜。起始发射阈值Eto：1.5-4.5V/um临界发射阈值Ethr：3.7-7.8V/um，阈值性能指标优于金刚石薄膜和无定形C膜，但比多壁CNT略差。发射稳定性：10h，由0.15mA/cm2-0.03mA/cm2，主要是单壁

4、CNT在发射过程中结构损坏所致。例：单壁CNT制作的4.5in2平板显示器，其起始发射阈值为2V/um，发射均匀性良好，但发射电流强度随发射时间延长而减小。SWCNT场发射性能在20-30nm的硅尖端催化生长单壁CNT，制作场发射器件，如右图所示。场发射试验表明，SWCNT的发射阈值比硅低10-50倍，主要是因为CNT的直径（1-2nm)比硅尖小很多。将这种发射极制成阵列，其发射电压为4V，可在手机等数码产品中应用。SWCNT发射电流-时间关系SWCNT场发射特性的稳定性：在不同环境下（高真空、H2、Ar、O2和水蒸气）对SWCNT场发射

5、稳定性测试，结果如右图所示。结果表明，SWCNT对环境的敏感程度远低于金属发射材料，如在水气中其发射强度在10h内没有衰减。但在O2气氛下的发射性能会下降。SWCNT的场发射稳定性与其很强的C-C键、几何形貌、结构完整性等因素有关。由于SWCNT的无序排列和纯度不高等，得到的场发射性能比MWCNT略差。三、MWCNT场发射性能单根MWCNT：当发射电流较小时，单根MWCNT的I-V特性和F-N特性大体成直线关系，表明此阶段的场发射基本符合F-N公式。当电流升高后，特性曲线的斜率一般会发生变化。当电流增加到一定程度，CNT的场发射I-V特性

6、曲线进入饱和区，场发射电流随外加电场增加而增大的幅度减小，表现在I-V和F-N曲线的斜率比小电流区小。MWCNT场发射性能薄膜MWCNT：其场发射的I-V和F-N特性表现出与与单根MWCNT相同的发射特性。低电流是大体成线性，高电流区斜率会变化。三、MWCNT场发射性能定向多壁CNT：Eto：0.6-1V/umEthr：2-2.7V/um场发射性能优，性能稳定；稳定性优于SWCNT。MWCNT场发射性的稳定性不同类型的CNT都表现出优异的场发射特性，而且在不同气氛下表现出很好的稳定性。通常，多壁CNT的稳定性要优于单壁CNT，主要是多壁C

7、NT具有更好的结构和化学稳定性，尤其在低真空离子轰击严重的情况下。离子轰击是场发射电流衰减的根本原因。高真空条件对CNT的稳定性很重要。MWCNT场发射CNT场发射显示器有CRT的高亮度、高分辨率、高对比度等；又有LCD的低功耗等特点。三星公司样品CNT冷阴极管结构在CNT阴极发射材料和阳极铝膜之间施加一定电压，发射出的电子使阳极上涂的荧光粉发光。不同的荧光粉材料，可得到不同颜色的阴极射线管。7.1.2CNT电子器件CNT可制作量子导线和晶体管.(1)室温单电子晶体管(2)SWCNT场效应管逻辑电路SWCNT场效应管逻辑电路SWCNT晶体

8、管:高增益(>10),快速开关(>105),室温下工作等.三个步骤:氧化硅基片上制铝门→定位SWCNT→制作金电极.CNT反相器CNT逻辑或非CNT环行振荡器(3)CNT微型传感器CNT具有气