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自1991年发现碳纳米管以来,因其独特的结构与性能使其在能量储存、传感器、场发射显示器、辐射源、氢存储介质、纳米级的半导体设备等方面具有强大的应用前景,人们对它的研究如火如荼,其中场发射研究占整领域的25%。多壁碳纳米管(Muti—wall nanotube,缩写MWNT)束之间的耦合作用比较弱,完美的单壁碳纳米管(single—wall carbon nanotube,缩写SWNT)的电学性质与MWNT相当的类似,所以我们可以采用(n,n)开口SWNT。这种SWNT表现出金属性,我们将之作为发射极的阴极,采用金属相关的场发射理论来研究其场发射电流强度问题。在外加电场的情况下,自由电子在周期势场中发生离域性散射,在边界三角势垒处发生隧穿现象。对场发射电流的影响因素很多,比如CNT的类型、尖端结以及外加电场的强度等等,现在普遍采用紧束缚的方法来研究研究外加电场、化学势和温度对场发射电流的影响,但是我们建立一个简单的准一维模型来研究,通过结论是否一致性来探究模型的建立是否恰当。
我们采用控制变量法,来研究场强F,化学势μ,温度Т对场发射电流Ⅰ的影响。研究发现,Ⅰ随F的增大而呈指数增大,符合实验;也符合F—N理论的ln(Ⅰ/F2)~1/F的关系,从而证明了我们构建模型的正确性。Ⅰ随μ增加也相应增大,但温度Т在低于常温的温度时,对Ⅰ的影响是比较小的,符合事实。虽然模型比较简单,但是结果与实验比较吻合。
本文主要研究准一维体系场发射性质,共分为五章,第一章绪论,主要讲一些碳纳米管的研究背景;第二章碳纳米管与场致发射,简单介绍碳纳米管结构、性质、应用以及制备,还介绍了CNT作为场发射阴极材料的优势,为下一章做铺垫;第三章讲述构建准一维体系模型的依据,第四章是根据构建模型求解场发射电流强度,并进行分析,这是本文的重点。第五章是对本论文的一个总结。