- 必威体育下载

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

摘要

石墨烯具有优异的电学、热学和力学特性以及丰富的电子隧穿边缘, 是场发射阴极的良好材料. 本文通过调控化学气相沉积法制备石墨烯的生长参数, 分别制备了单层石墨烯薄膜、石墨烯岛、有缓冲层石墨烯等3种形貌石墨烯, 探究了, 并结合COMSOL多物理场仿真分析了机制. 实验结果表明, 相比于单层石墨烯薄膜, 石墨烯岛和有缓冲层石墨烯的开启场强分别降低至5.55 V/μm和5.83 V/μm, 最大场发射电流密度也分别提升至40.3 μA/cm ²和26.4 μA/cm ². 另一方面, 在基底上连续分布的单层石墨烯薄膜和有缓冲层石墨烯场发射电流更稳定, 在5 h的测试中, 电流密度分别仅下降2%和4%. 结合仿真结果可知, 石墨烯的形貌特征对其场发射过程中的电场分布特性和散热能力具有重要的影响. 石墨烯岛和有缓冲层石墨烯存在边界结构, 使得场发射过程中局部电场集中, 进而提升了场发射性能. 石墨烯岛在基底上离散分布, 未形成连续石墨烯薄膜, 缺乏焦耳热横向散热通道, 热量的积累将导致石墨烯岛发射体受到损伤, 并影响其场发射电流稳定性. 本文探究了, 并分析了相关影响机制, 对石墨烯材料场发射性能的提高具有重要的意义.

关键词:

Abstract

Graphene is one of the most potential field emission cathode materials due to its excellent electrical, thermal, and mechanical properties, as well as rich edge structures. In this paper, we study the growth parameters of graphene prepared by chemical vapor deposition, and prepare three kinds of morphologies of graphene: single-layer graphene, graphene islands, and graphene with buffer layers, and then we explore the influence of the morphological characteristics of graphene on its field emission properties, and analyze the mechanism of influence of the morphological characteristics of graphene on its field emission properties through COMSOL. Comparing with single-layer graphene, the turn-on field of graphene islands and that of graphene with buffer layers decrease to 5.55 V/μm and 5.85 V/μm, respectively. The current densities also increase to 40.3 μA/cm ²and 26.4 μA/cm ², respectively. On the other hand, the field emission currents of single-layer graphene and graphene with buffer layers are more stable. In a 5-hour test, the current densities only decrease by 2% and 4%, respectively. COMSOL simulation shows that the morphological characteristics of graphene have significant influences on the electric field distribution characteristics and heat dissipation capacity. Graphene islands and graphene with buffer layers have exposed edges, leading to local electric field concentration, and thus improving field emission properties. The graphene islands are distributed discretely on the substrate, forming no continuous graphene film and lacking transverse heat dissipation channels, so the accumulation of heat will cause damage to the graphene emitter, and affect the stability of its field emission current. This study will be of great benefit to the understanding of the influence of the morphological characteristics of graphene on its field emission properties, and improving the field emission properties of graphene materials.

Keywords:

作者及机构信息

1.
2.

通信作者:孟国栋,gdmengxjtu@xjtu.edu.cn

基金项目:国家自然科学基金(批准号: 51977169)、中央高校基本科研业务费(批准号: xzy012023152, xtr062023001)和电工材料电气绝缘全国重点实验室中青年基础研究创新基金(批准号: EIPE22315)资助的课题.

Authors and contacts

1.
2.

Corresponding author:Meng Guo-Dong,gdmengxjtu@xjtu.edu.cn

Funds:Project supported by National Natural Science Foundation of China (Grant No. 51977169), the Fundamental Research Funds for the Central Universities, China (Grant Nos. xzy012023152, xtr062023001), and the State Key Laboratory of Elec-trical Insulation and Power Equipment, China (Grant No. EIPE22315).

文章全文: translate this paragraph

参考文献

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]

施引文献

下载: 全尺寸图片幻灯片

石墨烯形貌类型	生长温度/ ℃	甲烷浓度/ sccm	氢气浓度/ sccm	生长时间/ min
单层石墨烯薄膜	1030	2	20	5
石墨烯岛	1030	2	30	5
有缓冲层石墨烯	1030	5	20	5

下载: 导出CSV

[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
[9]
[10]
[11]
[12]
[13]
[14]
[15]
[16]
[17]
[18]
[19]
[20]
[21]
[22]
[23]
[24]
[25]
[26]
[27]
[28]
[29]
[30]

[1]	杨孟骐, 姬宇航, 梁琦, 王长昊, 张跃飞, 张铭, 王波, 王如志.四方结构GaN纳米线制备、掺杂调控及其场发射性能研究. 必威体育下载 , 2020, 69(16): 167805.doi:10.7498/aps.69.20200445
[2]	谷季唯, 王锦程, 王志军, 李俊杰, 郭灿, 唐赛.不同衬底条件下石墨烯结构形核过程的晶体相场法研究. 必威体育下载 , 2017, 66(21): 216101.doi:10.7498/aps.66.216101
[3]	叶芸, 陈填源, 郭太良, 蒋亚东.磁场辅助热处理金属化碳纳米管场发射性能. 必威体育下载 , 2014, 63(8): 086802.doi:10.7498/aps.63.086802
[4]	陈程程, 刘立英, 王如志, 宋雪梅, 王波, 严辉.不同基底的GaN纳米薄膜制备及其场发射增强研究. 必威体育下载 , 2013, 62(17): 177701.doi:10.7498/aps.62.177701
[5]	吕文辉, 张帅.接触电阻对碳纳米管场发射的影响. 必威体育下载 , 2012, 61(1): 018801.doi:10.7498/aps.61.018801
[6]	王马华, 朱汉青, 朱光平.水热法制备注射器样纳米氧化锌场发射特性的研究. 必威体育下载 , 2011, 60(7): 077305.doi:10.7498/aps.60.077305
[7]	吴志国, 张鹏举, 徐亮, 李拴魁, 王君, 李旭东, 闫鹏勋.新型氧化铝模板自组装制备非晶碳纳米点阵列膜及其场发射性能研究. 必威体育下载 , 2010, 59(1): 438-442.doi:10.7498/aps.59.438
[8]	杨延宁, 张志勇, 张富春, 张威虎, 闫军锋, 翟春雪.纳米金刚石的变温场发射. 必威体育下载 , 2010, 59(4): 2666-2671.doi:10.7498/aps.59.2666
[9]	王新庆, 李良, 褚宁杰, 金红晓, 葛洪良.纳米碳管阵列场发射电流密度的理论数值优化. 必威体育下载 , 2008, 57(11): 7173-7177.doi:10.7498/aps.57.7173
[10]	秦玉香, 胡明.钛碳化物改性碳纳米管的场发射性能. 必威体育下载 , 2008, 57(6): 3698-3702.doi:10.7498/aps.57.3698
[11]	郑新亮, 李广山, 钟寿仙, 田进寿, 李振红, 任兆玉.激光烧蚀对碳纳米管薄膜场发射性能的影响. 必威体育下载 , 2008, 57(12): 7912-7918.doi:10.7498/aps.57.7912
[12]	元光, 郭大勃, 顾长志, 窦艳, 宋航.单颗粒CVD金刚石的场发射. 必威体育下载 , 2007, 56(1): 143-146.doi:10.7498/aps.56.143
[13]	胡利勤, 林志贤, 郭太良, 姚亮, 王晶晶, 杨春建, 张永爱, 郑可炉.取向和非取向In2O3纳米线的场发射研究. 必威体育下载 , 2006, 55(11): 6136-6140.doi:10.7498/aps.55.6136
[14]	罗敏, 王新庆, 葛洪良, 王淼, 徐亚伯, 陈强, 李利培, 陈磊, 管高飞, 夏娟, 江丰.排列形状及阵列数目对纳米导线阵列场发射性能的影响. 必威体育下载 , 2006, 55(11): 6061-6067.doi:10.7498/aps.55.6061
[15]	李强, 梁二军.碳、碳氮和硼碳氮纳米管场发射性能的比较研究. 必威体育下载 , 2005, 54(12): 5931-5936.doi:10.7498/aps.54.5931
[16]	王新庆, 王淼, 李振华, 杨兵, 王凤飞, 何丕模, 徐亚伯.单根纳米导线场发射增强因子的计算. 必威体育下载 , 2005, 54(3): 1347-1351.doi:10.7498/aps.54.1347
[17]	李海钧, 顾长志, 窦艳, 李俊杰.单根准直碳纳米纤维的场发射特性. 必威体育下载 , 2004, 53(7): 2258-2262.doi:10.7498/aps.53.2258
[18]	宋教花, 张耿民, 张兆祥, 孙明岩, 薛增泉.多壁碳纳米管阵列场发射研究. 必威体育下载 , 2004, 53(12): 4392-4397.doi:10.7498/aps.53.4392
[19]	张兆祥, 张耿民, 侯士敏, 张浩, 顾镇南, 刘惟敏, 赵兴钰, 薛增泉.利用场发射显微镜研究O2对单壁碳纳米管场发射的影响. 必威体育下载 , 2003, 52(5): 1282-1286.doi:10.7498/aps.52.1282
[20]	孙建平, 张兆祥, 侯士敏, 赵兴钰, 施祖进, 顾镇南, 刘惟敏, 薛增泉.用场发射显微镜研究单壁碳纳米管场发射. 必威体育下载 , 2001, 50(9): 1805-1809.doi:10.7498/aps.50.1805

计量

文章访问数:1325
PDF下载量:60
被引次数:0

搜索

留言板