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链状碳纳米管薄膜的制备及场发射特性研究
近年来，碳纳米管在纳米电子学、纳米电磁波学、催化化学等领域发挥着重要的作用。而链状碳纳米管的制备及其场发射特性的研究，对于纳米器件的制作和应用具有重要意义。
一、链状碳纳米管薄膜的制备
链状碳纳米管最早是由单壁碳纳米管的不同筒径转化而成。其结构类似于多棱镜，由许多六边形碳环组成。这种碳纳米管的外径为几个纳米，长度为数十微米，其独特的结构和性质使得它们在纳米器件相关应用中具有很大的潜力。
制备链状碳纳米管薄膜的方法有多种，如电子束蒸发法、溅射法、物理气相沉积法等。我国南京大学的研究团队采用的是化学气相沉积法（CVD）制备链状碳纳米管薄膜。CVD法是利用碳源在高温下分解反应生成碳纳米管的一种方法，通过不同的反应条件，可以控制碳纳米管的长度和直径。
具体过程如下：首先将金属镁铁合金置于石英管中，加热到900°C以上，将氩气通入管中，使金属镁铁反应生成活性的镁蒸气和铁蒸气，再将甲烷气体引入反应室内，在镁铁催化下，甲烷分解成碳原子，并在铁催化下结晶形成碳管。通过控制反应条件和气体流量，可以得到具有链状形态的碳纳米管薄膜。
二、链状碳纳米管薄膜的场发射特性
链状碳纳米管薄膜是一种优良的电子发射材料，其场发射特性对于发展新型的冷阴极射线显示器和微电子器件具有重要意义。
实验表明，链状碳纳米管薄膜的场发射性能优秀，其阈值电压低于6V，发射电流密度高达10mA/cm2，且发射稳定。这与其特殊的结构有关，碳纳米管表面的边缘、缺陷和拐点具有很高的电场增强效应，从而提高了电子发射效率。而链状结构的碳纳米管，具有更多的缺陷和拐点，进一步增强了其场发射性能。
三、应用前景
碳纳米管及其复合材料在各个领域都有着广泛的应用前景。链状碳纳米管薄膜作为一种新型的纳米材料，其特殊的结构和优异的场发射特性使得它在微纳电子、新型纳米器件和研究领域有着广泛的应用前景。
例如，在发展新型的冷阴极射线显示器方面，链状碳纳米管薄膜可以作为一种低功耗电子发射材料，用于替代现有的铁氧体热阴极。此外，链状碳纳米管也可以应用于柔性电子学和纳米机器人等领域，以及在燃料电池、催化剂等领域的应用。
总之，链状碳纳米管薄膜的制备及其场发射特性的研究展示了一种创新的、有潜力的纳米材料，其应用前景广泛，必将在未来的纳米技术研究和产业化中发挥巨大的作用。