・ 56 ・ 材料导报A:综述篇 2017年1月(A)第31卷第1期 基于碳纳米管薄膜构建场发射平面显示器的阴极结构 常春蕊 ,赵宏微 ,刁加加 ,安立宝 (1华北理工大学理学院,唐山063009;2华北理工大学机械工程学院,唐山063009) 摘要 碳纳米管场发射平面显示器具有工作电压低、功耗低和制造成本低等优势,近年来基于碳纳米管场发射平面显示器 的研究与应用研发已成为显示技术领域研究的热点之一,并已取得丰富成果。简要回顾了碳纳米管用于场发射的机理以及用于场 发射平面显示器的优势,主要介绍了碳纳米管用于场发射平面显示器研究的一些进展和一些亟待解决的问题,包括碳纳米管阴极 薄膜的制备、碳纳米管阴极工作稳定性与寿命的改进以及阴极结构的设计等,并展望了碳纳米管用于场发射平面显示器的发展前景。 关键词 碳纳米管场发射平面显示器阴极 中图分类号:TB383;TN383+1 文献标识码:A DOI:10.11896/j.issn.1005—023X 2017.01.007 Cathode Structures Based on Carbon Nanotube Films for Use in Field Emission Displays:A State-of-the-art Review CHANG Chunrui ,ZHAO Hongwei ,DIAO J iaj ia ,AN Libao。 (1 College of Science,North China University of Science and Technology,Tangshan 063009;2 College of Mechanical Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan 063009) Abstract Carbon nanotube-based field emission display(CNT—FED)possesses many advantages such 8s low operating vol— tage,low power consumption,low manufacturing cost,and so on,In the past decades,research and application development of CNT-FED have become one of the hot topics in the field of display technology,and considerable achievements have been accumulated. After a brief review of the mechanism of carbon nanotubes for field emission and advantages of carbon nanotubes for FED。some pro— gress on FED research and some problems to be solved are introduced,including preparation of carbon nanotube cathode films,im— provement of working stability and lifetime of carbon nanotube cathode,and the design of cathode structure.Finally,we discuss the development prospects of carbon nanotubes for FED. Key words carbon nanotube。field emission,flat panel display,cathode 一0引言 碳纳米管是由单层或多层石墨片卷曲而成的碳原子的 一种 “]。而FED显示器研究的关键是寻找合适的场发射 阴极材料和设计合适的阴极结构,力求提高场致电子发射性 能 维同素异形体,质量轻,具有完美的六边形结构以及极好 的力学、电学和化学性能,已经成为近年来研究的新热 点O-z;。正如诺贝尔奖获得者Smalley所说:“碳纳米管将是 价格便宜、环境友好并为人类创造奇迹的新材料” ]。碳纳 米管的石墨层存在着大量的未成对电子,它们沿着管壁游 动,使碳纳米管具有良好的导电性,且因石墨层卷曲方式的 不同,碳纳米管可以是金属性的或是半导体性的。同时,碳 纳米管具有量子化的电导特性,其强结合碳键的石墨片层结 构使碳纳米管电子电导的稳定性大大高于普通电导。碳纳 米管这种独特的结构与优异的电子学特性决定了它在微纳 电子学方面的应用潜力是难以估量的,具有传统材料所不具 备的优势,拥有很大的商业价值 ]。尤其是在电子显示技 术方面,碳纳米管应用于新一代场发射平面显示器(Field emission display,FED)具有非常重要的研究价值。FED显 研究表明,碳纳米管具有优异的场发射性能,这取决于 它独特的结构与极好的力学、电学性能l_1 ”]。首先,碳纳米 管具有细长但坚固的石墨结构,强碳碳结合键使其具有稳定 的温度特性和化学稳定性,可以长时间工作而不损坏,可以 在高低温下工作且发射特性稳定。其次,碳纳米管是良好的 电导体,除导带中有充足的电子补给外,其载流能力也特别 好,能够承受较大的场发射电流,非常有利于电子的场致发 射。此外最重要的一点是,碳纳米管纳米尺度的直径使其具 有一个尖锐的纳米级发射尖端,电力线密集,非常易于形成 强的局域电场,可以在比其他材料更低的激发电场作用下发 射电子。因此,作为场发射材料,碳纳米管阴极被认为是目 前最有潜力的场发射体,用作FED显示器时具有工作电压 和功耗更低、更薄、亮度和清晰度更高等优点;而大面积定向 碳纳米管薄膜的成功制备更使它用于平面显示器件成为可 能,具有阴极射线管(Cathode ray tubes,CRT)和液晶显示 器(Liquid crystal display,LCD)难以全面实现的性能特点, 示器具有响应速度非常快、功耗低、分辨率高、色再现性好、 耐严酷的高低温、抗振动冲击、电磁辐射极微、生产成本较 低、易于实现数字化显示等特点,是常见显示器中最理想的 *国家自然科学基金(11347179;51472074) 并将在电视机、可视电话、便携式计算机和航空电子设备等 常春蕊:女,1982年生,博士,讲师,研究方向为碳纳米管的取向液晶性及相关应用 E-mail:changchunrui@nest.edu.cn 基于碳纳米管薄膜构建场发射平面显示器的阴极结构/常春蕊等 仪表显示屏方面获得广泛的应用。 ・ 57 ・ 在简要回顾碳纳米管用于场发射的机理和用于FED显 示器的优势之后,本文将主要介绍碳纳米管用于FED显示 器的研究现状,包括碳纳米管阴极薄膜的制备、碳纳米管阴 的理想条件。 0、 因此,碳纳米管被认为是一种理想的场发射材料,将它 作为场致电子发射源,可以在低阈值电场下实现较高的电流 密度,且具有长程电流稳定性。 2 O 8 6 4 2 O 极工作稳定性与寿命的改进以及阴极结构的设计等,并展望 碳纳米管用于FED显示器的发展前景。 2碳纳米管用于FED显示器的优势 FED显示器本质上是由许多微型CRT组成的平面显示 1 碳纳米管场发射的机理与特点 “场发射”概念源自导体尖端在强电场作用下能够引起 器(“扁平CRT”),即通过电场白阴极发射材料的尖端放出电 子来轰击屏幕上的荧光粉、启动荧光粉发光的一种自身发光 显示器件。研究者利用微尖锥场发射阴极制成了微Spindt 型二、三极管和平面显示器件;二级结构是最简单也是最基 电子发射和气体电离的“尖端放电”现象,即在导体或半导体 表面施加电场,使其导带中的电子发射到真空中,发射模型 如图1所示口 3。在高电场作用下,导体表面有效能垒降低, 能垒宽度变薄,发射体中的电子能够通过隧穿效应穿透能垒 发射到真空中。外加电场具有降低能垒高度和减小能垒宽 度两种作用。外加电场较弱时,能垒最高点开始降低,能垒 宽度较大,不存在隧穿现象;外加电场较强时,不仅能垒高度 会降低,能垒宽度也会有所减小,当能垒宽度达到电子波长 数量级时,即产生隧穿现象。外加电场越强,隧穿现象越明 图1导体表面的场发射模型 Fig.1 The field emission model of conductor surface 隧穿电流密度由Fowler-Nordheim理论(F-N理论)给 出 ]: ,一 上・上 exp( y ), (1) 式中:A、B为常数, 为功函数(即金属表面的能垒);局部电 场E=pv, 是电场放大因子,它与发射体的密度、形状和尺 寸、尖端电子逸出功等因素有关,对于碳纳米管, 可高达 l0 ,在很低的工作电压V下即可产生较大的局部电场,在碳 纳米管的端部发射电子。 物理特性是决定场发射性能的重要参数。从式(1)可以 看出,发射电流与功函数、电场强度密切相关,要获得大的场 致发射电流可以采取设法降低发射材料的逸出功和增大发 射体表面电场的方法。碳纳米管的电子逸出功较低,在 1.O~2.0 eV[19_之间,且碳纳米管的管端头尖锐,易于形成强 电场。研究表明,直径细小的碳纳米管在室温及低于8O V 的偏置电压下,即可获得0.1~1 A的场致发射电流_2 。 此外,碳纳米管还具有以下优点:场发射特性十分稳定, 化学性质稳定,不易与其他物质发生反应;力学强度高、韧性 好,在场发射过程中不易折断或变形;不要求过高的真空度 (在101 Pa下即可稳定发射)。这些都是场发射材料所需要 本的结构,其工作电压较高;而三级结构是目前FED显示器 多采用的结构,其中增加的栅极作为调制极主要调节场发射 电流密度,并将阳极与阴极隔开,从而降低器件的工作电压。 这里介绍的FED显示器即基于三级结构制备的平面显示器 件,其结构示意图如图2所示[1 。 光 图2 Spindt型真空微尖FED显示器的结构示意图 Fig.2 A structural schematic diagram of the typical Spindt FED 在三级型FED显示器中,阳极基板为红、绿、蓝三基色 荧光粉,且通过黑色矩阵隔开以保证色纯度;阴极基板由可 以行列寻址的发射阵列和栅极组成;两基板之间有支撑以抵 抗大气压力,且基板之间用低熔点玻璃封接。器件工作时, 在阳极施加高电压,微尖表面即具有了一定的电场强度,不 高的栅极正电压便会使微尖释出电子,再经过阳极与阴极之 间的高压电场使电子加速进而轰击荧光粉发光。 如前所述,碳纳米管以其独特优势将作为更佳的场发射 电子发射源。碳纳米管FED(carbon nanotube field emission display,CNT-FED)显示器可以通过将碳纳米管垂直生长在 一个导电的基底上,并通过刻蚀的方式制备而成。通过在阳 极(通常是位于碳纳米管上方一定距离的金属片)和阴极(碳 纳米管导电基底)之间施加足够的电场(通常是在高真空条 件下),就可以得到连续的电子发射,其结构示意图如图3所 示嘲。 碳纳米管阴极是由亿万根碳纳米管像稻草一般排列而 成的一层薄膜,结合碳纳米管的场发射机理,它作为FED场 发射阴极具有以下优势:首先,碳纳米管本身就是一种具有 尖锐发射尖端的一维材料,能够提供足够高的场发射电流, 因而回避了复杂的尖锥加工工艺;其次,大部分碳纳米管具 有良好的导电性;再次,碳纳米管具有很高的力学强度和良 好的化学稳定性,为后续的封装工艺提供了便利;最后,碳纳 米管阴极的制备方法较多,而且工艺相对简单,原材料廉价。 ・ 58 ・ 材料导报A:综述篇 2017年1月(A)第31卷第1期 理论研究表明,理想的场发射阴极应由长度均一、排列整齐 3.1 碳纳米管阴极薄膜的制备 目前碳纳米管场发射阴极薄膜的制备方法主要有:化学 气相沉积法(Chemical vapor deposition,CVD)f2引、丝网印刷 的金属性碳纳米管制成,其具备较低的开启电压、高发射电 流密度、高稳定性和较长的使用寿命,且与衬底有着非常小 的接触电阻,结合牢固。 前玻璃基板 氧化锡和氧化铟阳极 荧光粉 法[z9]和电泳法 。低温CVD法对碳纳米管的可控生长技 术已经很成熟,可以自由、定向地制备用作FED显示器的碳 纳米管薄膜阴极场发射材料,在大面积和实用化方面有很好 的潜力[3 。丝网印刷法即将石墨电弧法或激光蒸发法制备 的碳纳米管移植到导电衬底上,利用该方法制造阴极能够进 栅极 碳纳米管 绝缘层 行大规模的工业生产,均匀性较好,且可以通过选择合适的 溶剂和粘合辅助材料,提高碳纳米管与衬底之间结合的牢固 度,也可以通过后续的处理以提高碳纳米管排列的方向性; 简单低成本的丝网印刷法易于大批量地生产阴极,尤其适合 应用于大尺寸显示[3 。但这种方法很难满足高精度阴极图 形制作的要求,在制备过程中也很容易引入杂质成分而影响 金属催化剂 阴极 后玻璃基板 图3 CNT-FED结构示意图 Fig.3 A structural schematic diagram of the typical CNT-FED 其场发射能力。电泳法,即电泳沉积技术,是一种高效、有潜 力的碳纳米管薄膜制备方法,其沉积过程一般在电泳槽的正 负电极间进行,如图4所示口 。 ,制备由电泳过程(吸附了带 电微粒的碳纳米管在恒定电场作用下向某一电极发生定向 移动的过程)和沉积过程(碳纳米管在电极表面不断累积、最 终沉积成致密均匀的薄膜材料的过程)两个阶段构成。 文献E223指出,在碳纳米管薄膜内亿万根无数的纳米管 尖端中,微观上总是那些处于优势位置的最尖细突出的部分 优先进行场发射,即每一瞬时的场发射只反映某-d,部分特 定碳纳米管的特性;然而在宏观上,整个碳纳米管薄膜的场 发射仍会表现出发射电流稳定、波动小、重复性好的优势,这 是一个随时间变化的动态过程。因此,实际的定向碳纳米管 薄膜中纳米管的排列密度不宜过大,以避免或降低屏蔽效应 (Fg蔽效应会降低碳纳米管尖端的局部场强,不利于电子的 发射);实际的薄膜厚度也不宜太厚,以避免因发射体内碳纳 米管间太大的形貌差异而造成发射的不均匀。 阴极 3碳纳米管用于FED显示器的研究现状 在场发射平面显示方面,1998年Saito等[2。 成功研制了 以碳纳米管为发射材料的场致发射彩色电视机样机;1999年 Choi等 报道了基于单壁碳纳米管的4.5英寸场发射显示 器;2001年三星公司也展示了基于碳纳米管场发射阴极的9 英寸彩色显示器 ;美国Candescent Technologies和Mo— torola等公司也在对CNT-FED的研究中取得了很大的进 图4电泳装置示意图 Fig.4 A schematic diagram of the electrophoresis device 采用电泳沉积技术制备碳纳米管场发射阴极时,将碳纳 米管融合在含有其它导电颗粒和固化颗粒的溶液中,通过电 化学过程将碳纳米管等颗粒沉积在导电基底表面,再经过后 展。国内,2000年朱长纯等首先研制出第一台碳纳米管作阴 极的点阵式FED样机,随后,中山大学、西安交通大学、中科 续退火达到很高的附着力,即可以制备出排列相对整齐的碳 纳米管场发射阴极[343。与丝网印刷法阴极的场发射相比,电 泳法阴极的开启电压更低、发射点分布更均匀、亮点细小,具 院长春光学精密机械与物理研究所、华东师范大学等科研单 位也在场发射理论及显示方面取得了大量成果 引。 然而,CNT-FED显示器必须能够在较长的时间内均匀、 稳定工作才具有实际应用价值,才能使其得以商品化l_2 。一 方面,实际生产的碳纳米管阴极薄膜中纳米管的管径、管长 分布不均,随机定向、空间位置变化等因素会引起碳纳米管 场发射的不均匀;另一方面,实际生产的碳纳米管多含有缺 有更好的发射均匀性,且制备方法简单易行、成本低廉、效率 高,特别适合大表面阴极和平面显示等的应用l_3 。 笔者比较了以上3种主要制备方法的优缺点,结果如表 1所示。 碳纳米管具有优良的场发射性能和优异的稳定性,制成 的CNT-FED显示器具有较好的均匀性及较高的发光密度, 成本也较低,且具有CRT画质优异以及LCD薄型低耗的双 陷点与悬挂键,使得碳纳米管场发射阴极易受高场与高发射 电流密度的劣化和破坏,从而导致发射电流的不稳定。因 此,将器件实用化的关键是要获得高效的碳纳米管场发射阴 重优点。而制作CNT-FED最重要的关键技术是获得性能 优良的碳纳米管场发射阴极。不管是以哪种方法制备碳纳 米管场发射阴极,要适用于大屏幕显示屏都必须满足以下要 求:成本低、发射均匀和碳纳米管与基板间结合牢固,以增强 极,即制备按照器件设计的、大面积的碳纳米管薄膜,以提高 其发射的均匀性与稳定性。下面,将着重围绕“碳纳米管阴 极薄膜的制备”、“碳纳米管阴极的寿命与可靠性”以及“阴极 结构的设计”3个方面综述碳纳米管用于FED显示器的研究 现状。 碳纳米管的抗离子轰击能力,从而保持良好的发射特性。但 各种方法都有各自的优缺点,依不同方法制备的阴极将展现 基于碳纳米管薄膜构建场发射平面显示器的阴极结构/常春蕊等 ・ 59 ・ 出不同优势的场发射特性,而不同方法在制备、阴极性能方 面的特点和不足使得它们在工艺上都存在亟待解决的问题。 表1用于CNT-FED的碳纳米管阴极薄膜的3种主要制备方法优缺点比较 Table 1 Comparison of advantages and disadvantages of three methods to prepare carbon nanotube cathode films used in CNT-FED 其中,电泳法具有低温、低成本、成膜快等显著优点,适 定成就。这里将从以下几方面介绍一些研究进展,以期为相 宜大规模生产,且基片的形状不受限制,薄膜的厚度可以很 关的实际应用提供参考依据和一些借鉴。 好地控制,工艺最简便易行。这种方法由于将碳纳米管均匀 在碳纳米管类型的选择方面l_4 ,一般选择少壁碳纳米管 分散在溶液中,在电场作用下有选择性地在阴极表面沉积, 作为场发射电子发射源。多壁碳纳米管在高电流下其外层 易于获得一层管径和长度较为一致的碳纳米管,具有较其他 容易剥落,且长径比优势略逊一筹;而单壁碳纳米管在高电 方法更好的分布均匀性;制备的阴极薄膜中碳纳米管分布的 流下容易被蒸发,且由于长径比较大,每发射一次电子都会 均匀性好、杂质少,故具有较其他方法更低的场发射电压和 因反冲力的影响造成剧烈震动而被损坏,又因其自由态电子 更好的场发射均匀性;制备阴极通常只需要数秒或数分钟时 较多也容易被氧化而造成不可逆的损坏。因此,一般应用在 间,且可以在不同形状基底上完成图案化沉积,因而尤其适 场发射显示器中作为电子发射源的是金属性少壁碳纳米管, 用于在复杂不规则基底和低熔点材料上的应用。因此,电泳 其金属性在于获得与衬底间非常小的接触电阻,高场区的接 技术在操控纳米材料、构建有序的碳纳米薄膜结构方面有着 触电阻会抑制碳纳米管的电子场发射_4 。Son等_4明的理论 很大的技术优势和应用潜力。 模拟结果表明开口双壁碳纳米管的场发射不受发射过程中 近年来,柔性场发射阴极的制备[36-37]也备受人们关注, 因某种原因所致的端部一些细微结构变化的影响,也不受可 已成为一个非常重要的热门话题。这种方法简单有效,可以 能吸附的外来分子的影响,且机械刚度较好,具有优于单壁 在制备过程中首先通过真空抽滤成膜,再经转移至导电胶 碳纳米管的场发射性能与可靠的寿命。Chen等l4 也在实验 带、附着在柔性PET(Po1yethylene terephthalate)基底、真空 上验证了垂直定向双壁碳纳米管的优异场发射性能;双壁碳 电炉烘烤等工艺制备而成。由此制备的柔性场发射阴极因 纳米管既具有单壁碳纳米管较为尖锐的端部和较大的长径 垂直取向性好、不含有机粘结剂,且与基底间电接触性好、牢 比,又具有多壁碳纳米管多壁结构的稳定性。因此,很多热门 固,所以具有优异的场发射特性(比如实现了较低的开启电 的场发射研究都将双壁、少壁或者薄多壁碳纳米管作为首选。 场0.82 V/ m和较高的发射电流密度——O.82 V/ m的电 在碳纳米管顶端结构的设计方面 ,理论上最优的碳纳 场下可高达2.0 mA/cm )和发射稳定性(比如实现了在各种 米管场发射结构应该是顶端开放式,但开放式碳纳米管因其 弯曲状态下长达2O h的稳定发射)。 顶端悬挂的自由键容易吸附气体分子而造成发射电流不稳 3.2碳纳米管阴极薄膜的寿命与可靠性 定,故实际应该采用顶端封闭式碳纳米管。然而,借助于定 对于不同的阴极制备工艺,需要开发相应的器件封装工 向碳纳米管的场发射主要集中在边缘区域(边缘效应),可通 艺,而在对该技术进一步研究与开发之前,必须要确定碳纳 过设计来实现顶端开放的效果。设计中,以碳纳米管束代替 米管在实用的场发射显示器中的工作寿命与可靠性口 。 单根碳纳米管,可以起到增加碳纳米管密度的效果;此时碳 多年来,工作寿命与可靠性一直阻碍着n 器件走出 纳米管束的尖端可以看作是开放端,对比同直径封口的多壁 实验室。概括起来,碳纳米管被损坏的原因有:离子轰击、过 碳纳米管,此碳纳米管束“开口处”的碳原子碎片比较少且边 流、电弧放电和氧化口 。碳纳米管所处应用环境中的空气 缘比较锐利,对于改善场发射能力有很大帮助l4 。而且碳纳 分子被电离后在电场作用下会轰击碳纳米管阴极,造成损 米管束尖端的形貌也是提升碳纳米管束阵列电子源场发射 坏 纳米管中吸附的气体会影响其电流发射的稳定性,造 性能的一个重要因素。例如,Sato等_4叼设计了“山峰”状碳纳 成电流波动过大;碳纳米管中吸附的H 0、02等氧化性气 米管束阵列,这种尖端由于比较疏松,可以减弱场屏蔽效应, 体,会对碳纳米管造成不可逆的损伤;碳纳米管的高发射电 增多有效发射位点,进而改善了碳纳米管场发射阴极的场发 流密度会使气体离子轰击电极而产生破坏性的电弧放电,致 射性能。此外,王益军等_5叩还提出一种锥顶碳纳米管结构体 使场发射阴极瞬间被高电场损坏。 系,即将碳纳米管顶端设计成锥形结构,这种结构碳纳米管 为了改进碳纳米管在实用的场发射显示器中的性能与 兼具顶部尖锐和长径比高的优点,可大幅提高场发射电流密 工作寿命,研究者进行了各方面的探索与努力,并取得了一 度并延长其使用寿命。 ・ 6O・ 材料导报A:综述篇 2017年1月(A)第31卷第1期 在碳纳米管表面包覆或涂覆功能材料方面 ],如果所 包覆或涂覆的功能材料选取得当,它能够降低电子需要克服 的功函数,并增加可以利用的电子密度和二次电子发射能 碳纳米管缺陷点与悬挂键、减低电阻加热效应,从而保护发 射体免受残气的侵蚀与反应,使得碳纳米管更加坚固,能够 经受一定程度的粒子撞击,进而延长其使用寿命。 因此,所选的包覆或涂覆材料应具有良好的导电导热 力,因此很多情况下在碳纳米管上包覆或涂覆其他材料,可 以减小开启电压,增大发射电流密度。而且,所包覆或涂覆 性、化学惰性和一定的机械硬度,本文列举了这几种能有效 的功能材料还可以起到压敏电阻的作用,即压制发射电流的 改善碳纳米管场发射性能与寿命的涂覆或包覆方法,如表2 波动,使电流更加稳定。当然,使用各种涂层材料也能钝化 既示[53-56j。 表2几种能有效改善碳纳米管场发射性能与寿命的涂覆或包覆方法 Table 2 Coating methods to improve the field emission properties and lifetime of carbon nanotubes 此外,还可采用一些后处理激活、保护等手段来改善碳 纳米管场发射的稳定性与寿命,包括热处理 、探针式超声 波处理 引、等离子体处理 。 ]、Ar neutral beam处理m 等。 表3中列举了这几种能有效改善碳纳米管场发射稳定性与 寿命的方法。这些处理方法中,有些改善了碳纳米管的石墨 化程度或表面缺陷结构,去除了一些催化剂颗粒或对碳纳米 管进行了掺杂,有些提高了参与场发射的碳纳米管数目,有 些则改善了阴极薄膜中碳纳米管的分散及分布情况。 表3一些其他改善碳纳米管场发射稳定性与寿命的方法 Table 3 Other methods to improve emission stability and lifetime of carbon nanotubes 总之,近年报道的提高碳纳米管场发射性能与寿命的研 究工作很多,碳纳米管阴极薄膜的寿命与可靠性一直是 CNT-FED显示器难以突破的难题,制备的CNT-FED显示 器必须能够在较长的时间内均匀、稳定工作才具有实际应用 价值。研究者应立足于一方面使碳纳米管工作在饱和电流 阵列阴极因取向性好而表现出优异的场发射性能。如图5 所示,可以通过设计碳纳米管阵列的图案来进一步提高定向 碳纳米管阵列阴极的场发射性能_L6 研究表明,这3种结构的定向碳纳米管阵列都具有较好 的场发射性能;其中具有规则正六边形型六角密排结构的碳 区域,另一方面改善碳纳米管场发射的均匀性、稳定性和使 纳米管阵列(见图5(c))具有最强的边缘效应、最小的屏蔽效 应以及相同电场条件下最大的场发射电流。一方面,这种碳 用寿命。 3.3碳纳米管阴极结构的设计 在碳纳米管场发射阴极结构的设计方面,定向碳纳米管 纳米管网格的垂直取向型好,与离散的碳纳米管阵列相比, 可以更好地增强其阵列顶端的电场;另一方面,这种六边形 ・ 62 ・ 材料导报A:综述篇 2017年1月(A)第31卷第1期 nese). 伊兰.碳纳米管薄膜场发射显示器的制备及其性能研究ED3.杭州: 浙江大学,2014. 2 Ebbesen T W.Carbon nanotubes[J].Phys Today,1996,49(6):26. 3 Yang Peifang.Effects of adsorption and doping on configurations and electronic structure of carbon nanotubes[D3.Hangzhou:Zheiiang Normal University,2010(in Chinese). 杨培芳.吸附和掺杂对碳纳米管几何和电子结构的影响ED].杭州: 浙江师范大学,2010. 4 Liu X,Wu Y,Su Y,et a1.Enhanced electron field emission charac— teristics of single-walled carbon nanotube films by ultrasonic bonding EJ].Physica E,2014,63:165. 5 Baughman R H,Zakhidov A A,de Heer W A.Carbon nanotubes— the route toward applications[J].Science,2002,297(5582);787. 6 Jeong H J,Jeong H D,Kim H Y,et a1.All—carbon nanotube-based flexible field-emission devices:From cathode to anode[J].Adv Funct 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