三维碳纳米管/氧化锌复合纳米结构阵列和网格的制备及场发射性能研究

本项目围绕着提高纳米结构场发射电流密度和稳定性的目标，提出一种三维碳纳米管/氧化锌复合纳米结构规则阵列和网格的制备方法，在深刻认识其制备工艺与生长机制的基础上，控制其形貌、生长密度等参数。并且，结合模拟计算的方法阐明电场屏蔽效应、边缘效应以及电子在碳纳米管和氧化锌界面的传输特性等因素对于场发射性能的影响。该复合纳米结构的特点为：1）规则阵列和网格的分布能有效降低场屏蔽效应，提高发射均匀性和稳定性；2）复合纳米结构网格宽度很窄(小于1μm)，有效增强了发射体的边缘效应，能够大幅增加场发射电流密度；3）因为氧化锌材料作为一种氧化物，其场发射时对于真空度的要求相对于碳纳米管较低，所以外层氧化锌材料的包覆能够有效保护碳纳米管，提高场发射器件的寿命和稳定性。所以，该复合纳米结构的研究能够为其在低驱动电压、大电流密度、高稳定性场发射电子器件中的应用奠定基础。

本项目提出一种三维氧化锌/碳纳米管复合纳米结构规则阵列和网格的制备方法，在深刻认识其制备工艺与生长机制的基础上，控制其形貌、生长密度等参数。这种氧化锌/碳纳米管复合结构具有高长径比，减小场屏蔽效应的前提下更多的有效发射点，以及氧化锌/碳纳米管之间良好的欧姆接触等优点。实验结果表明中等生长密度的氧化锌/碳纳米管复合结构具有良好的场发射性能。利用丝网印刷的方法制备了一种基于氧化锌发射体的三极结构场致发射背光源器件,良好的场发射性能、逐行扫描的特性和高响应速度预示了基于该三极结构的场致发射器件在液晶显示背光源的中良好应用前景。并且，垂直分布的碳纳米管(VACNT)六边形阵列还可以作为电极支架来沉积硫化镉（CdS）量子点(QDs)。由VACNT/CdS六边形阵列形成的量子点敏化太阳能电池的短路电流密度为4.7 mA/cm2,这几乎是相同厚度的基于丝网印刷CNT/CdS薄膜电流密度的两倍。短路电流的提高归因于VACNT六边形阵列的独特结构，因为它为电子转移提供了直接并且易渗透的途径、增强了通过六边形微通道到光敏量子点的光谱透射、不用消耗额外的基板空间为加入CdS QDs提供更多的表面积。对于该复合纳米结构的光电性能研究能够为其高性能光电器件中的应用奠定基础。