W[111]场致电子发射的实验研究

本文讨论了场发射尖端附近电场强度分布,对W[111]场致电子发射特性作了实验研究。提出计算尖端附近电场的经验公式:E=3v/(2rln(4d/r))得到:当真空度为1×1~(-9)托,束流为1～5μA时,场发射电流的稳定性ΔI/I<2%。     

有限元法分析栅极对CNTs场发射性能的影响

建立了栅极冷阴极结构和二极管结构的碳纳米管(CNTs)场发射阴极,利用有限元素法对发射体的场发射性能进行了模拟,进一步计算并分析了栅极、栅极电压以及栅孔半径等参数对碳纳米管尖端电场分布和场发射性能的影响.结果表明,栅极对碳管尖端的激发电场具有很强的增强作用;栅极电压越高,场增强因子越大;最佳场发射栅孔半径为碳纳米管半径的10倍;栅极使得碳纳米管的开启电压降低,发射电流密度增加.     

定向多壁碳纳米管薄膜及其场致发射距离敏感特性

研究了定向生长的多壁碳纳米管薄膜场致发射的距离敏感特性,以改进现有场发射传感器中硅及金属针尖的性能。化学气相沉积方法制备的多壁碳纳米管薄膜表现出良好的尖端放电特性,其开启电场可至1.42 V/μm,阈值电场可至2.22 V/μm,通过计算得到的尖端电场增强因子可至4 034以上。随着发射间距的增加,场致发射电流非线性地降低,发射电流对发射间距的最大变化率为0.018 8μA/μm。通过拟合分析发现,场致发射电流随发射间距的变化基本符合Fow ler-N ordhe im关系,该特性可作为碳纳米管场致发射传感器的基本原理用于位移的检测。     

O2吸附对纳米石墨片的场发射性能影响

采用（CVD）法制备了纳米石墨片,用场发射扫描电镜（FESEM）和Raman光谱对其形貌和结构进行表征,发现其为花瓣片状结构,边缘具有突出尖端。利用二极结构分别测试了有无O2氛围下纳米石墨片场发射电流,发现O2吸附在纳米石墨片表面时,场发射电流明显减小,开启电场增大。在冷阴极方面有较好应用前景。     

纳米碳管阴极的场致发射显示研究

以热化学气相沉积法制备的多壁纳米碳管为场发射材料 ,采用一种简易的喷涂法将其制备为场发射阴极 .首先 ,将纯化后的纳米碳管与乙醇和丙酮溶液 (体积比为 9∶1 )进行混合 ;然后用喷枪将经过超声处理的悬浊液喷涂在具有ITO薄膜的玻璃基底上 ,制备了 30mm× 2 0mm大小的纳米碳管阴极 ,并进行了场致发射特性实验 ,制作了场发射显示板 .该二极结构的场发射开启场强为 3 2V/ μm ,发射电流密度可达 3A/m2 .此显示板具有稳定的发射电流和很高的亮度 ,可望应用于大屏幕显示     

碳纳米管场发射器件放气特性分析及其对场发射性能的影响

为了研究场发射冷阴极电流跌落机制,采用四极质谱仪实时分析的方法研究了碳纳米管阴极场发射器件的放气特性及工作状态下器件内残余气体对阴极场发射性能的影响.结果表明:碳纳米管阴极场发射器件工作时,放出气体的主要成份是H_2,CO_2,CO;随着阴极发射电流密度的增加,气体成份的分压也随着增加.碳纳米管阴极的场发射性能,例如开启场强、阈值场强和场发射电流密度都与放出气体压强密切相关.碳纳米管阴极在压强为2.1×10~(-3)Pa的残余气体环境下工作1.5 h后,开启场强和阈值场强相应增加了29.4%和50.0%.阴极受残余气体影响,一方面阴极发射材料表面功函数增加;另一方面阴极发射体场增强因子减小.增大的功函数和减小的场增强因子降低了阴极的场发射性能.因此,场发射器件放气是阴极电流跌落的重要原因.     

纳米尖阵列屏蔽效应与发射面积耦合机理仿真

基于纳米尖阵列的场致发射放电结构是微纳电离式器件的核心,能有效降低放电电压,但同时也决定该放电结构的放电电流较小难以被精确感知。对纳米尖阵列电极的电场屏蔽效应和有效发射面积的优化,是提高放电强度的有效方法,对此,利用有限元方法对N_2-O_2空间的动态电场进行数值模拟,对纳米尖阵列在不同间距下的放电过程进行仿真计算。计算发现:在纳米尖阵列中,随着纳米尖间距的增加,尖端间的屏蔽效应逐渐减弱,最终趋于各尖端独立放电的情况;并通过不同间距下尖端动态放电过程中的电子密度分布情况,对屏蔽效应进行进一步验证和说明;最后,通过探究屏蔽效应与发射面积间耦合关系对放电电流的影响,发现在纳米尖阵列中,尖端间距与尖端高度之间存在最佳比例,使纳米尖阵列的放电电流最大。研究揭示常压微电晕放电阵列电极屏蔽效应与发射面积的耦合机理,可用于调控微纳场致发射电离器件的放电效应,进而为此类器件输出性能优化提供一定的理论指导。     

纳米球制备Spindt阴极及其场致发射特性仿真

结合聚苯乙烯纳米球自组装技术和微机械制造技术提供了一种制备Spindt场致发射阵列阴极的新方法,并成功制备了集成度较高且均匀分布的微孔阵列,微孔孔径为300~500 nm,绝缘层厚度为500 nm,孔间距为750 nm,微孔集成度达到10~8个/cm~2,是普通光刻技术的10倍以上.利用CST粒子工作室的质点网格求解器对该工艺方法制备的Spindt阴极的场致发射特性进行了数值仿真,结果表明发射尖端曲率半径、栅极孔径以及尖端相对栅极的高度是影响发射电流的决定因素.     

影响氧化锌纳米材料场发射性能的因素

采用物理气相沉积的方法通过控制生长参数,在硅衬底上获得不同形貌的氧化锌纳米阵列.在金属场发射系统中测量了它们的场致电子发射性能,发现阴极发射电流不稳定主要是由于氧化锌纳米阵列的不均匀性造成的.采用高压励炼技术可以增强氧化锌场发射的稳定性,使电流波动明显降低.此外,形貌对氧化锌纳米阵列的场发射电流密度和阈值电压有明显影响,而且不同形貌的氧化锌纳米阵列的抗溅射能力也不相同.     

铜尖表面石墨烯原位生长工艺及其场发射特性

针对非高熔点金属针尖在场发射中表面原子易升华的问题,通过在亚微米量级的铜尖表面原位生长石墨烯来抑制铜原子升华,以提高其场发射稳定性能。首先利用三氯化铁溶液将铜丝进行腐蚀,得到亚微米量级别的高曲率铜尖,然后通过化学气相沉积法在高曲率的铜尖表面原位生长获得了石墨烯,得到了一种新的冷阴极结构——铜尖/石墨烯结构。对覆盖石墨烯前后的铜尖进行场发射测试,结果发现,石墨烯的存在使铜尖的开启场强从4V/μm降低到2.5V/μm,并且提高了发射电流的稳定性。该研究结果对于在亚微米尺度铜表面生长石墨烯以及利用石墨烯改善金属针尖的场发射特性均有参考价值,为非高熔点金属制作场发射尖端提供了一种可能性。     

碳纳米管表面电荷电分布及尖端电场研究

碳纳米管具有一些特殊的物理性质，其中潜藏着重要的技术价值。从理论上具体研究了金属型碳纳米管周围的电势分布、纳米管表面电荷分布及其尖端附近的电场强度等静电特性，结果显示长径比小的碳纳米管尖端处所集聚电荷密度的相对值大，而长径比大的碳纳米管尖端处所集聚电荷密度的绝对值大，并且碳纳米管的尖端电场强度有很大的加强。这对理论上进一步探索碳纳米管的场发射机制有积极意义。     

碳纳米管阴极场致发射的电场数值模拟

利用Visual FORTRAN语言,对碳纳米管阴极的外电势分布和电场强度分布进行了数值模拟．采用非等间距的网格划分对碳纳米管尖端附近进行细致的划分处理,并利用等参有限元方法进行了模拟计算．分析了碳纳米管尖端局部电场强度的增强效应和相邻碳纳米管之间的电场屏蔽现象．讨论了碳纳米管电场强度随管间距变化的关系以及碳纳米管尖端电场强度随半径变化的关系。     

钨针尖放电处理后的场发射特性

在场发射显微镜（FEM）中使用1万伏以上的电压对钨针尖进行了放电处理。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）的观察表明在处理后形成了纳米尺寸的突起。从经过处理的钨针尖能够支取高达1.55mA的场发射电流。针尖的场发射像呈现四重对称,表明它来自单个突起。场发射电流与电压关系符合Fowler-Nordheim (F-N)理论。根据F-N理论算得的场发射面积与TEM下观察到的突起的面积在量级上一致。     

带有边缘裂纹的导电薄板跨越止裂的温度场

用复变函数方法给出了导电薄板在跨越止裂时温度场的理论解．将实施跨越止裂时的正、负电极比拟为电流场中的源和汇，从而导出了在瞬间电流作用下，裂纹尖端附近区域因绕流而形成的温度场．理论分析与数值计算及实验结果进行了对比，数值相近，变化规律相同．     

金属材料裂纹尖端温度场和热应力场的数值模拟

用数值模拟方法研究了金属裂纹尖端的温度场和热应力场的分布情况.模拟结果表明,由于金属材料裂纹尖端的绕流效应而导致金属材料裂纹尖端产生焦耳热源,焦耳热源能够在裂纹尖端很小的范围内熔化形成焊口,从而使裂纹尖端处的曲率半径显著增大.同时,在裂纹尖端附近在放电过程中将产生很大的热压应力,可显著地减少甚至是消除裂纹前缘处的扩展应力,抑制了裂纹的进一步扩展,达到止裂的目的.     

热辐射应力图像分析确定应力强度因子K_I 和裂纹尖端塑性区

本文借助于热辐射应力图像分析技术对裂纹尖端附近的应力场进行分析测定。记录了铝质紧凑拉伸试件的热辐射应力图像,给出裂纹尖端前沿的温度变化曲线。根据热弹效应和线弹性断裂力学理论,通过解析建立用热辐射应力图像分析技术确定Ⅰ型裂纹应力强度因子的基本方程。在此基础上,用热辐射应力图像分析技术实验确定Ⅰ型裂纹应力强度因子和裂尖塑性区。     

Anodic dissolution of a crack tip at AA2024-T351 in 3.5wt% NaCl solution

The anodic dissolution process of a crack tip at 2024-T351 aluminium alloy (AA2024-T351) was determined by means of scanning Kelvin probe (SKP). Wedge-open loading (WOL) specimens were immersed in a 3.5wt% NaCl solution. After various durations of immersion, the Volta potential distributions around the crack were measured by SKP and the surface morphologies were observed by scanning electron microscopy (SEM). It is found that there is a nonuniform distribution of Volta potential around the crack. Before immersion, the Volta potential at crack tip is more negative than that in other regions. However, after immersion, a converse result occurs with the most positive Volta potential measured at the crack tip. SEM observations demonstrate that the noticeable positive shift of Volta potential results from the formation of corrosion products which deposit around the crack tip. Energy-dispersive spectrometry (EDS) analysis shows that the corrosion products are mainly Al oxide and Cu-rich particles. These observations implicate that the applied stress contributes to the preferential anodic dissolution of the crack tip and the redistribution of Cu.     

Electron density hole and quadruple structure of <Emphasis Type="Italic">B</Emphasis><Subscript><Emphasis Type="Italic">y</Emphasis></Subscript> during collisionless magnetic reconnection

In collisionless reconnection,the magnetic field near the separatrix is stronger than that around the X-line,so an electron-beam can be formed and flows toward the X-line,which leads to a decrease of the electron density near the separatrix.Having been accelerated around the X-line,the electrons flow out along the magnetic field lines in the inner side of the separatrix.A quadruple structure of the Hall magnetic field By is formed by such a current system.A 2D particle-in-cell (PIC) simulation code is used ...     

场致发射三极管的结构模拟

以场致发射原理为基础，对场致发射三极管器件结构进行有限差分的模拟计算．在保持其它参数不变的条件下，改变尖锥曲率半径、栅孔半径，分析对电场强度、发射电流密度及电子轨迹的影响．针对电子注的发散问题，讨论双聚焦情况．     

拉伸与疲劳载荷下α-Ti 中裂纹扩展机制的原子模拟

采用分子动力学方法模拟研究含3种不同裂纹取向的α-Ti在拉伸载荷和疲劳载荷作用下裂纹扩展的微观机制.研究表明:B(0001)[1-210]裂纹构型通过产生变形孪晶的方式来实现垂直于基面方向的变形,单向拉伸过程中裂尖处有无位错区出现;A(1-210)[10-10]和C(1-210)[0001]裂纹构型的失效过程表明基面位错比柱面位错更容易发射;C裂纹构型循环加载时基面滑移系优先开动,使位错快速发射而释放了裂尖应力,导致裂纹出现止裂现象;含微裂纹α-Ti材料的失效过程是位错形核与发射、缺陷扩展、孪晶变形等共同作用的结果.