柔性基板上碳纳米

柔性基板上碳纳米管的场发射特性摘要调查有机聚合物基体上的单壁碳纳米管的场发射特性。采用喷雾法，单壁碳纳米管薄膜首先沉积到硅基板上。在这种情况下，单壁碳纳米管的电性能可以通过酸处理和热处理来增强。而在硅基板上的单壁碳纳米管薄膜被转移到PDMS基板上。在这种情况下，为了提高单壁碳纳米管发射器的粘附性，在PDMS硬化之前要进行转移过程。从这些发射极的表面，单壁碳纳米管以最低为0.9V/μm的场被打开。0.75mA/cm2的发射电流密度在1.2V/μm的场中是可以达到的。1、介绍碳纳米管（CNT），已被证明具有优异的排放特点，如排放低阈值电场和高电流密度，由于它们的几何形状，高纵横比，和小曲率尖端半径，以及高的化学和机械稳定性。这些特性使得它们作为一个潜在的冷阴极发射器用于场致发射显示器（FEDS）很有吸引力。用于制造场致发射显示器，在金属电极上，碳纳米管必须以电子发射器的阵列作为图案。丝网印刷过程中，采用一个CNT浆料，因为成本低，工艺简单，发射站点均匀和便于大规模生产，已经被用来制成大面积冷阴极面板。正如预期的那样，在印刷阴极层的碳纳米管随机分布在基质材料上，因此，与高度有序，竖直排列的碳纳米管阵列相比，其排放特性差。

在丝网印刷工艺中遇到的一些问题包括：碳纳米管较弱的附着在基底上以及场致发射不均匀。碳纳米管浆料里的有机粘合剂在加热过程后修复了CNT粉末和有机粘合剂的残留物导致的问题，例如一个场致发射测量时的放气和电弧放电。因此，应提高碳纳米管到基板的粘附性以及考虑稳定场发射良好分散的单壁碳纳米管。在这项研究中，首先采用喷雾法使单壁碳纳米管薄膜沉积到硅基板上。在这种情况下，单壁碳纳米管的电性能可以通过酸性和热处理得到提高。而在硅基板上的单壁碳纳米管薄膜被转移到PDMS基板上。为了改善单壁碳纳米管发射器的粘附性，在传输过程进行之前要进行PDMS的硬化。PDMS作为基板的优势，其中许多人认为，是生产发射器的成本较低和允许任何几何形状的发射器用于场发射。图1流程示意图2、实验单壁碳纳米管粉末（从日进纳米科技有限公司购买）直径为5-10纳米，平均长度5-20μm，和95％的纯度，它被用作场致发射源。在单壁碳纳米管进行实验前，1毫克的样品用超声波分散于100毫升DMF（二甲基甲酰胺）溶液中。结果溶液稀释为0.01mg/mL。单壁碳纳米管的溶解度被分散是通过在180℃的热板上，使用喷雾到硅基板上以除去DMF溶液。DMF的沸点为170°C。而在硅基板上的单壁碳纳米管被转移到刚硬化（图1）之前的PDMS上。然后PDMS因为具有在发射器和PDMS基板之间的良好的附着力，而被完全硬化。作为表面处理，完全硬化后用胶带揉和剥离，通过对突出的单壁碳纳米管发射器实行有效的电子发射。分散的单壁碳纳米管的发射器的场发射特性是在一个真空下5×10-5托的二极管结构里进行测试。阳极和阴极被隔开270μm，放置磷/ITO/玻璃在阳极侧。图2传送单壁碳纳米管到PDMS基板的截面FE-SEM图像3、结果与讨论在图二中，扫描电镜图片显示了传送到PDMS基板后的单壁碳纳米管发射器的表面形貌。在PDMS基板上，把胶粘带涂布在被转印单壁碳纳米管的表面上。在取出胶粘带时，拉力被用在垂直于表面的单壁碳纳米管上，从而感应到所观察到的单壁碳纳米管的方向。图3在PDMS基板上单壁碳纳米管的IV曲线图像图3展示了在PDMS基板上，从二极管型单壁碳纳米管发射器中电子发射的I-V特性。直接在真空室中测量的阳极到阴极的间距270μm。在这种情况下，PDMS基板上的单壁碳纳米管发射器的开启电场被证明最低约为0.9V/μm。在1.2V/μm的场发射电流密度约为0.75mA/cm2。虽然这是一个非常粗略的近似式，福勒-诺德海姆（F-N）公式仍然经常被用于数学来解释场发射。其中J是场致发射电流密度；Ф是功函数；E是发射表面电场强度；E的实际值无法直接测量，这是与所施加的电压有关。F-N公式由此设置E=βv/d，其中d为阳极-阴极的距离；β是该领域的所谓的增强因子，它可以通过发射器的高宽比来确定。由V/d直接计算的电场被称为“表观电场“，以便把它与实际的局部域区分开。图4展示了福勒-诺德海姆（FN）绘制的图，该线性表示I-V特性由常规的场发射机理来决定。这个线性可以解释为没有贴有机材料的单壁碳纳米管的垂直增加。4、结论概括地说，在硅基板上喷的单壁碳纳米管薄膜上被转移到PDMS基板上。具有有序的单壁碳纳米管，其预备发射器的表面具有优异的电子发射特性。在1.2V/μm的场开启电场小于0.9V/μm和发射电流密度接近0.75mA/cm2。因此，增加场致发射电流，发