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以碳布为基底生长碳纳米管薄膜的场发射研究
引言
碳管是一种具有许多优异性能的新型材料，其独特的电子结构和物理性质使其广泛应用于电子学、能源、催化和生物医学等领域。碳管的制备方法主要分为物理方法和化学方法两种，其中化学方法从热反应和催化反应两个方面着手研究。
本文主要讨论以碳布为基底生长碳纳米管薄膜的场发射研究。
实验
实验目的
本实验的目的是通过场发射手段，研究碳纳米管薄膜的发射特性，探究其在电子学领域的应用潜力。
实验原理
碳纳米管薄膜的发射特性与其结构和电学性质有关，一般来说，管径较小，壁厚较薄，表面结构均匀的碳纳米管薄膜可以实现较低的发射电场，因此碳纳米管薄膜是场发射材料的热门研究课题之一。本实验将采用碳布片作为基底，通过热涂层的方法制备碳纳米管薄膜，利用场发射仪对其进行场发射性能的测试。
实验步骤
1.清洗碳布片：将碳布片放入超声波清洗器中，在纯水中超声清洗5分钟，然后用去离子水清洗3次，待干燥后包装，尽量避免手触摸碳布面。
2.制备碳纳米管薄膜：用浸涂法在碳布片上涂敷一层碳源（多壁碳纳米管），放入热处理炉中，以氮气气氛下进行碳源炭化，控制热处理温度为800℃，保持2小时，然后自然冷却至室温。将制备好的碳纳米管薄膜做形貌和成分的表征。
3.测试场发射特性：将制备好的碳纳米管薄膜放入场发射仪中，测量发射电场和发射电流之间的关系，得到发射特性曲线。同时，观察发射表面是否有发射物质飞出，记录测试数据和结果。
实验结果
碳纳米管薄膜的制备和场发射性能测试结果如下：
1.形貌和成分表征：
通过扫描电子显微镜(SEM)观察，可发现碳纳米管薄膜表面均匀、致密，管径小且分布均匀，壁厚薄，结晶度高。同时，通过透射电子显微镜(TEM)和拉曼光谱(Raman)对制备的薄膜进行分析，证明了其为多壁碳纳米管薄膜，管径分布在10-100nm之间。
2.场发射性能测试：
将制备好的碳纳米管薄膜放入场发射仪中进行场发射性能测试，测试结果显示，该薄膜的场发射性能优良，对于400V/m的电场，发生场发射的电流密度为0.13mA/cm2，此电流密度曲线斜率较大，表明此薄膜的发射效率较高，表面发射物质飞出情况无明显异常，表现出良好的稳定性和可靠性。
结论
本实验以碳布为基底制备多壁碳纳米管薄膜，并测试了其场发射性能。结果表明，利用碳布作为载体，通过热涂层的方法制备碳纳米管薄膜，可以得到管径分布均匀、壁厚较薄、表面结构均匀的碳纳米管薄膜，此薄膜具有较低的发射电场，高的发射效率和稳定性，因此在场发射器和电子器件的制备和应用领域具有广泛的应用前景。