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1、真空電子技術(shù)VACUUMELECTRONICS#綜述#碳納米管的光電特性及應(yīng)用劉莉萍(總裝備部科技信息研究中心,北京100036)Electro-OpiticCharacteristicsofCarbonNanotubeandItsApplicationLIUL-iping(ChinaDefinseScienceandTechnologyCenter,Beijing100036,China)Abstract:Carbonnanotubeisanimportantnano-material1Thi
2、spaperdiscussestheatomicstructureofcarbonnanotubeandanalysestheinfluenceofchiralonthecharacteristicsofcarbonnanotube1Thefielde-missionperformanceofcarbonnanotubeisdiscussedinthispaperalso1Onthebaisisofthisdiscussion,theapplicationofcarbonnanotubeisdi
3、scussed.Keywords:Carbonnanotube;Fliedemission;Application摘要:碳納米管是一種重要的納米材料。本文討論了碳納米管的原子結(jié)構(gòu),分析了其結(jié)構(gòu)對(duì)碳納米管性能的影響。本文根據(jù)場致發(fā)射理論分析了碳納米管的場致發(fā)射性能,在此基礎(chǔ)上,本文還分析了碳納米管在信息電子領(lǐng)域的短期和長期應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞:碳納米管;場發(fā)射;應(yīng)用中圖分類號(hào):TN389文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1002-8935(2007)03-0038-04自從1991年日本科學(xué)家Ijima制備得到
4、碳納[1]米管(CarbonNanotube)以來,人們對(duì)以碳納米管的制備、性能表征和器件應(yīng)用做了大量研究。由于納米材料具有非常獨(dú)特的性能,它在生物、化工、建筑和電子等領(lǐng)域具有眾多的應(yīng)用前景。本文將討論碳納米管的原子結(jié)構(gòu),并分析其在電子器件中的應(yīng)用前景。圖1碳納米管結(jié)構(gòu)示意圖碳納米管是一種非常典型的一維納米材料,它格排列;而當(dāng)含有兩層或者更多層時(shí),即形成多壁碳可以被用作傳感器,高強(qiáng)度機(jī)械材料,氫存儲(chǔ)器,并納米管。當(dāng)碳管頂端敞開時(shí),如圖中外層所示,即構(gòu)應(yīng)用于微波管、真空規(guī)、質(zhì)譜儀、TEM和空間飛行
5、[2~6]成開口型碳管;而當(dāng)碳管頂端封閉時(shí),如圖中內(nèi)層所器中和離子的電子源等,還有用碳納米管做[7]示,即構(gòu)成閉口型碳管。CRT電子源的例子。碳納米管的主要制備方法包括在含鐵、鈷、鎳等碳納米管可以視為卷曲而成的石墨層,包括單催化劑下的電弧法、激光法和化學(xué)氣相沉積法壁(SWNT)和多壁(MWNT)兩種,根據(jù)頂端狀態(tài)又[9~12]等。其中多壁碳納米管一般通過電弧放電法分為開口和閉口兩種。圖1給出了碳納米管的原子結(jié)構(gòu)示意圖[8]。制備,典型內(nèi)徑在115~15nm,典型外徑在215~30[13]nm,長
6、度在015~1Lm。圖1中用兩種方式表達(dá)了碳納米管中的原子碳納米管的很多性質(zhì)都來源于其幾何特性,亦排列,其中外層采用的是化學(xué)鍵表示法,內(nèi)層采用的即碳管的手性,尤其對(duì)于單壁碳管更是如此。碳管是原子組合形態(tài)表示法。當(dāng)碳管僅含有圖中某一層的手性由其手性向量(m,n)決定,根據(jù)手性向量將時(shí),即形成單壁碳納米管,碳原子之間成正六邊形晶382007-03VACUUMELECTRONICS真空電子技術(shù)碳管分為手性碳管和非手性碳管兩類。其中非手性響,外電場加強(qiáng),表面勢壘高度隨之降低,勢壘寬度碳管具有鏡像反演性,
7、包括扶椅型碳管和鋸齒型碳也同時(shí)變窄。當(dāng)勢壘寬度窄到可以與電子波長相比管兩個(gè)類型;其他不具有鏡像反演性的碳管則屬于擬的程度時(shí),電子就可以穿過勢壘逸出到達(dá)外部真[16~18]手性碳管。手性碳管和非手性碳管的機(jī)械性能之間空環(huán)境,形成電子發(fā)射。并沒有明顯差異,但是其電學(xué)性能則強(qiáng)烈受到碳管由于碳納米管具有很高的長徑比,其場致發(fā)射手性的影響。例如扶椅型碳管總呈金屬性,而鋸齒性能十分優(yōu)秀。碳納米管場致發(fā)射陰極在平板顯示[14]型碳管和手性碳管則呈半導(dǎo)體性。這也可以通器件、電子顯微鏡和微波器件等具有廣泛的應(yīng)用。
8、過m,n的具體數(shù)值來表述,即當(dāng)m,n均能被3整除111場致發(fā)射平板顯示器件[15]時(shí),碳管呈金屬性,否則呈半導(dǎo)體性。圖3是英國劍橋大學(xué)W1I1Milne教授研究小碳納米管具有高長徑比、高楊氏模量和高熱導(dǎo)組采用微加工工藝制備的碳納米管三極結(jié)構(gòu)。在該率等特性,但是在實(shí)際應(yīng)用中尚須解決碳納米管的結(jié)構(gòu)中,碳納米管由化學(xué)氣相沉積的方法定向生長手性控制和定位控制問題。在陰極電極上。陰極上方制備有柵極電極,由于柵極膜孔的孔徑很小,通過柵極電壓的改變可以非常1碳納米管的近期應(yīng)用靈敏地控制碳納米管的發(fā)射電流。碳納
