Автореферат (1103200), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Хорошо видно, что увеличение температуры синтеза структур приводит куменьшению порога эмиссии.Рисунок 4 Вольт-амперные характеристики и кривые Фаулера-Нордгейма для пленок,выращенных при различных температурах.Наклон ВАХ на кривых Фаулера-Нордгейма позволяет определять факторусиления β и площадь эмиссии S (рис. 4). На рисунке 5 показана зависимостьфактора усиления β и площади эмиссии S в зависимости от температуры12синтеза. Из рисунка видно, что кривая имеет максимум при 1060 °С идальнейшее увеличение температуры синтеза приводит к уменьшению фактораусиления (рис.
5 а)). В свою очередь, S монотонно увеличивается с увеличениемтемпературы (рис. 5 б)).Углеродные нанотрубки являются основными источниками автоэмиссии иих фактор усиления намного больше, чем у углеродных наностенок [10].Структурный анализ показывает, что нанотрубки, выращенные при различныхтемпературах, имеют одинаковый диаметр вершины ~ 5 нм. Таким образом,возможно варьирование фактора усиления единичных нанотрубок с помощьюизменения температуры синтеза пленок.Рисунок 5 а) зависимость нормированного фактора усиления от температуры синтеза, б)зависимость нормированной площади эмиссии от температуры синтеза.Многостенные нанотрубки с их большим аспектным отношением ималенькой плотностью на поверхности углеродных наностенок дают основнойвклад в эмиссионные характеристики.
Высокая плотность углеродныхнаностенок приводит к экранированию соседних структур. Более детальноэффект экранирования описан выше. Экспериментальные результатыэмиссионных характеристик углеродных наностенок без нанотрубокпредставлены в работе [11]. Плотности тока в таких структурах лежат вдиапазоне от 10-3 до 10-2 мА/см2, при электрических полях 4-5 В/мкм, данное13значение намного меньше, чем для нанокристаллического графита, в которомприсутствуют нанотрубки. Уменьшение толщины отдельных углеродных листовможет приводить к увеличению плотностей тока до 4-5 мА/см2 приэлектрических полях ~ 4 В/мкм [12], что значительно меньше, чем при наличиинанотрубок.
Увеличение площади эмиссии S может трактоваться как увеличениеколичества нанотрубок на поверхности углеродных наностенок.Рост температуры синтеза приводит к увеличению длины нанотрубок. Приэтом фактор усиления имеет максимум при температуре 1050 °C (риc. 5 а)), аэмиссионная площадь монотонно увеличивается с возрастанием температуры(рис. 5 б)). При этом ВАХ смещается в сторону меньшей величиныприкладываемого поля (рис. 4). Однако такое увеличение плотностиэмиссионных центров приводит к уменьшению эмиссионного факторананокристаллического графита из-за эффекта экранирования (диапазон 10501125 °C на рис.
5 а)).Увеличение количества эмиссионных центров приводит к уменьшениюнагрузки на каждый эмиссионный центр, что приводит к однородностиструктур при испытаниях. Более того, увеличение площади эмиссии приводит ккомпенсации маленького фактора увеличения при прикладываемыхнапряжениях (рис. 4).Для лучших катодов были проведены испытания времени жизни.Испытания были проведены для структур, полученных при T=1120 °С. Приэмиссионном токе 16 мА не происходит существенной деградации структур напротяжении испытаний (750 мин). В течение первого периода испытанийнапряжение падает со скоростью 18 В/ч, с последующим уменьшениемскорости падения напряжения до 7.5 В/ч.
Более длительные испытанияпоказывают, что катоды стабилизируются и не меняют своих автоэмиссионныххарактеристик.Глава 4 «Оптические характеристики углеродных наностенок»Глава состоит из трех частей. В первой части представлен обзорлитературы по существующим оптическим покрытиям, во второй и третьейчасти исследуются оптические свойства углеродных наностенок разнойтолщины и морфологии. До сих пор наилучшими оптическими свойствами(низким отражением и высоким поглощением) обладали углеродныенанотрубки [13]. Многостенные нанотрубки длиной сотни микрон имеют14коэффициент отражения менее 0.1% и поглощение более 99% в широкомдиапазоне длин волн от 0.2 до 200 мкм. Но углеродные нанотрубкисинтезируются с использованием катализатора, ломаются при попадании влаги,а их оптические свойства зависят от поляризации излучения.Другим перспективным материалом является графен [14].
Былообнаружено, что каждый слой графена поглощает 2.3% падающего излучения вдиапазоне от 200 до 800 нм. Увеличение количества слоев [15] приводит ксущественному увеличению отражения.В данной главе показано, что оптические характеристики углеродныхнаностенок не уступают оптическим характеристикам лучших материалов набазе нанотрубок, обладают меньшей высотой и массой, синтезируются безиспользования катализаторов, не имеют поляризационной зависимости иявляются гидрофобными.Для измерения оптических свойств углеродных наностенок былисинтезированы пленки разной толщины и морфологии.
Для синтеза пленокразной толщины была разработана методика многостадийного роста [А2].Сущность данного метода заключается в том, что синтез пленок производится втечение 40 мин, после чего производится отжиг получаемых структур вводороде в течение 1 мин для удаления наиболее аморфной фазы, споследующим ростом углеродных структур в течение 40 мин, после чегопроцесс повторяется. Время синтеза в эксперименте составляло 40, 80, 120, 160минут, что соответствует толщине пленки 1, 2, 3, 4 мкм (рис.
6). При этомудельная масса образцов увеличивается линейно пропорционально временисинтеза. Также исследовалось изменение морфология структур [А1] приварьировании давления и тока разряда (рис. 7) .Увеличение толщины пленки на образцах № 1-4 приводит к уменьшениюзеркального отражения образцов, при этом диффузное отражение практическине изменяется в диапазоне от 400 до 1000 нм. Интегральные характеристикиобразцов различной толщины представлены на рис.
8 а). Видно, что сувеличением толщины пленки наблюдается незначительное увеличение полногоотражения.15Рисунок 6 а)-г) СЭМ снимки образцов разной толщины в зависимости от времени(количества шагов) синтеза для образцов № 1-4. Вставленным графиком показано изменениепоказателя преломления с глубиной для образца № 4Рисунок 7 Образцы разной морфологии, полученные путем. 5) — 6) пленки со вторичнойнуклеацией, толщина пленки 3.5 и 3 мкм, соответственно, 7) — 9) пленки без вторичнойнуклеации с толщиной пленки 5, 2.5, 2 мкм.Толщина пленки на образцах № 5 и № 6 примерно одинаковая и составляетпорядка 3 мкм. На СЭМ изображении хорошо видно, что на образцах № 5 и № 6на поверхности графитовых листов наблюдается вторичная нуклеация.
Однако16количество вторичной нуклеации на поверхности листов различается дляобразцов 5 и 6. На образце 5 существенно больше углеродных листов совторичной нуклеацией, что приводит к большей поверхностной плотности. Наобразцах № 7-9 не наблюдается вторичная нуклеация. Пленки имеют толщинуот 2 до 5 мкм.Рисунок 8 а) интегральные характеристики для образцов разной толщины № 1-4, б)интегральные характеристики образцов разной морфологии № 5-6.Таким образом, создание более разветвленной поверхности со вторичнойнуклеацией приводит к тому, что отражение существенно уменьшается. Наотражение пленок влияют два основных параметра: форма структур ипоглощение внутри углеродных наностенок, которое, в свою очередь,определяется наличием дефектов.
Влияние морфологии структур на оптическиехарактеристики может быть объяснено с использованием переменногопоказателя преломления [17]. В работе описываются конусообразные структурыкремния, в которых плавно меняется фактор заполнения с глубиной. Такоеплавное изменения фактора заполнения приводит к тому, что показательпреломления не испытывает скачкообразного изменения показателяпреломления на границе раздела сред. Для образца №1 было проведеноизмерение показателя преломления с помощью эллипсометра. Модельнаякартина изменения показателя преломления по глубине пленки показана на рис.6. На образцах № 5-6 присутствует вторичная нуклеация, которая приводит кеще более плавному изменению показателя преломления.Рамановские спектры всех образцов имеют стандартную форму дляуглеродных наностенок.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
