מאפייני שדה פליטה על הניסויים פליטת שדה פוטנציאל חשמלי גבוה (עד 250 V) היה מיושם בין CNT ואת אלקטרודה נגדית. ההתקנה TEM-SPM מאפשרת שליטה מדויקת ומדידה של עמדת היחסי CNT לאובייקטים המקיפים האנודה אחרים (תאנה 2a). השדה המקומי נאמדה באמצעות [21], שם הוא פוטנציאל יישומי, הוא המרחק interelectrode, הוא גורם שיפור בתחום. השדה גיאומטריות שיפור גורם γ עבור צינורות נקבע על ידי L אורך שלהם r רדיוס כמו γ = (0.87L / r + 4.5) [32,33]. במקרה שלנו, הגורם שיפור בתחום עולה על 100 רוב צינורות נחקר למעט הצינור גדל CVD כמו MWNTs עבורו γ = 20 (לוח 1). איור 2b שולחן 1 להראות השוואה של פליטת שדה זרמים כפונקציה של השדה המקומי לכל סוגי חקר של צינורות פחמן. | איור 2 תמונה) TEM של Nanotube גדל multiwall CVD הפחמן במהלך מדידות פליטת שדה;. ב) התלות הנוכחי במגרש המקומי עבור סוגים שונים של CNT. קווי מוצק הם מתאים עם התיאוריה פאולר-Nordheim מחושב באמצעות פונקציית העבודה 8.1 eV עבור במבוק כמו צינורות ועבור אחרים - 5.1 eV. |
בדרך כלל, פליטת שדה עבור MWCNT גדל על Co / מו זרז סטים בכל שדות מקומיים של 1.5-4.1 V / ננומטר (טבלה 1), מרווה את השדות המקומית של 3.0-4.6 V / ננומטר, אשר ניתן להשוות את הנתונים בספרות עבור רב חומה פחמן [21]. הנתונים שלנו עבור CVD SWNTs גדל לא מלא ומלא C 60 מולקולות מראה כי פליטת שדה מתחיל במתח כמעט זהים לאלה שנצפו עבור MWNTs. מסחרי CVD גדל צינורות (מ אולדריץ) ו MWCNTs גדלה נוזל סופר קריטי רומן (SCF) שיטה בתצהיר התערוכה כמעט זהה פליטה מאפייני שדה אלה גדלו בשיטת CVD על זרז Co / מו (איור 2b). פליטת שדה מוליך המאפיינים של CNTs מושפע ממידת graphitization [34]. על פי הממצאים שלנו, המצב מורכב יותר. ספקטרום ראמאן עבור SWCNTs CVD גדל צינורות גדל SCF (איור 3) מראה הבדל G ו-D יחס גובה הלהקה. G ו-D להקות מתאימות sp 2 (מבנים מוליך) ו sp 3 (מבנים nonconductive) מליטה CNTs. למרות G / D יחס הלהקה ועל רמה גבוהה יותר של הסוגר graphitization הוא ציין עבור CNTs גדל על Co / מו זרז, אנחנו לא צופים diffrences מרשימה פליטה מאפייני שדה של צינורות CVD ו SCF גדל. G / D יחס במבוק כמו מבנים גבוהים אף יותר מאשר SWCNTs CVD גדל, לעומת זאת, פליטת שדה עבור MWCNTs בצורת במבוק גדל על MgO נתמך Pd / מו זרז בשיטת CVD מגדיר את שדות מקומיים הרבה יותר גבוה 7-8 V / ננומטר (תמונה 2 ב). | איור 3. ספקטרה ראמאן של CVD שגודלו CNTs קיר אחד שהוכן על ידי פירוק מתאן ב 800C, ו-SCF גדל CNTs multiwall על ידי חוסר הפרופורציה CO ב 750C. |
התלות של הזרם במגרש המקומי קיבל עבור כל צינורות נחקר מצויד היטב למודל פאולר-Nordheim (ראה איור קווי מוצק 2 ב), הקובע כי הזרם (I) לכל פולט משתנה עם השדה המקומי את שטח הפנים של פולט ( א) [36,37]: (1) שם Φ היא פונקציית העבודה, V הוא מתח שימושית; ו d הוא המרחק interelectrode. במשך כל צינורות, למעט BCNTs, פליטה מאפייני שדה מתאים למודל פאולר-Nordheim כאשר ערך הפונקציה עבודה של גרפיט 5.1 eV [5] היה בשימוש. השדה המקומי המיוחד הדרוש פליטה BCNTs הנדרש פונקציית עבודה של 8.1 eV ערך שישמש. צמתים ב BCNTs אלה עלולים להשפיע על יחס יעיל L / R, אשר קובע את גורם שיפור בתחום, מה שהופך את סף שדות פליטה גדול. פליטה זרמים הממוצע בתחום נקבעו על הרוויה (ראה טבלה 1) ומגוון של 10 עד 500 NA NA עבור CVD גדל צינור כמו MWCNTs, מתוך 100 NA כדי μA 1.5 עבור BCNTs, ומן μA 150 NA עד 2 עבור MWCNTs SCF גדל. זמין מסחרית (Aldrich) MWCNTs התערוכה גבוה פליטה זרמים בשדה - עד 10 מ 'א' בערכים מדווחים בעבר עבור שדה זרמי הרוויה עבור צינורות הפליטה CVD גדל ומגוון מרווח גדול מאוד בין 2 ל NA 9 μA [19]. פליטת שדה זרמי הרוויה עבור SWCNTs CVD גדל מגוונות מ μA NA עד 5 100 עבור ריקה עד 10 μA עבור C 60 SWCNTs מלא. במהלך אפיון שדה פליטה של הפרט צינורות פליטה זרמים בשדה ליד הרוויה היו תנודות בזמן כ -50% של ערכים בממוצע, דומים לאלו שדווחו בעבר [38]. 1. טבלת פליטת שדה המאפיינים של CNTs גדלו בתנאים שונים. | פליטה להתחיל בשדה המקומי, V / ננומטר | 1.5-4.1 | 3.0-4.9 | 3.5-0.4 | 4.5-5.5 | 2.5-4.5 | 8-10 | פליטת שדה הנוכחי, מ ' | 0.01-0.5 | 0.1-5.0 | 0.1-10.0 | 5-15 | 0.15-2.0 | 0.1-1.5 | שוברים הנוכחית, מ ' | 0.1-1.0 | 0.15-10.0 | 2.5-10.0 | 10-0 25 | 0.45-3.5 | 0.45-2.0 | שוברים בשדה המקומי, V / ננומטר | 3.0-6.0 | 4.0-6.0 | 4.0-9.0 | 6.0-8.0 | 3.5-8.0 | 9.0-12.0 | שוברים מקום | במגע | במגע | הרס הדרגתי | הרס הדרגתי | במגע | הרס קשר, הדרגתית | שיפור שדה גורם | 20 ± 5 | 110 ± 30 | 90 ± 10 | 105 ± 15 | 135 ± 30 | 150 ± 30 |
באותו כשל שדות התיכון המקומי של צינוריות נצפתה (איור 4, טבלה 1). זרמים כישלון היו כ 2 גבוה פי זרמי הרוויה. שדות כישלון מקומי מוצגים בטבלה 1 ומגוונים 3-4.6 V / ננומטר עבור שפופרת דמוית MWCNTs ועד 12 V / ננומטר עבור במבוק כמו MWCNTs. ערכים ספרות של שבירת שדות מקומיים צינורות CVD גדל מקבוצות שונות ומגוונות במרווח של 3-10 V / ננומטר [19,21]. שוברים שדות מקומיים SWCNTs היו דומים עם MWCNTs (עד 6 V / ננומטר), ואילו SWNTs C 60 מלא הפגינו יציבות גבוהה יותר עם שבירה שדות מקומיים עד 9 V / ננומטר. הידרדרות הדרגתית של C 60 מלא SWNTs ו BCNTs emitters על מתח גבוה (200-250V) נצפו כפי שמוצג בתרשים 4 (ראה גם טבלה 1.) ואילו כל צינורות אחרים נכשל קשר חלש בין CNT והזהב טיפ: במקרה זה CNT מלא מסיר מקצה זהב כאשר הנוכחית הפליטה אינה גבוהה מאוד. | איור 4. הרס הדרגתי של אחת חומה CNT מלא צרור C 60 מולקולות במתח קבוע (200 V) מיושם. הזמן בין התמונות הוא 10 s. |
אפיון חשמל בשיטת שני Probe על מנת למדוד את המוליכות החשמלית של CNTs הפרט, Nanotube הובא במגע ישיר עם אלקטרודה נגדית כפי שמוצג 5a דמות. אני (V) המאפיינים של כל סוגי CNTs התייחס במאמר זה מוצגים באיור 5c. טבלה 2. מאפיינים ואטימה ושבירת של CVD שגודלו CNTs | שבירת המתח, V | 4.5-6.0 | 5.0-11.0 | 4.0-4.5 | ≥ 25 | 0.7-8.0 | 0.7-5.0 | שוברים הנוכחית, מ ' | 12-19 | 7-80 | 10-18 | ≥ 0.3 | .0003-0.01 | .0005-.005 | שוברים מקום | ליד הקשר | ליד באמצע | ליד באמצע | ליד באמצע | ליד באמצע | קרוב לאמצע, ליד קשר |
בהתאם לכך התנגדויות עבור כל צינורות ניתן לחלק לשתי קבוצות. ההתנגדות של הקבוצה הראשונה (שפופרת דמוית MWCNTs ו SWCNTs) של צינורות משתנה במרווח של 250 kΩ - 1MΩ, אשר אופיינית לאפיון שתי בדיקה של CVD CNTs גדל [19]. ההתנגדות בקבוצה זו ירידה בסדר גודל של צינור CVD גדל כמו MWCNTs, ריק ומלא C 60 SWCNTs (איור 5c). C 60 מלא SWNTs הציג התנגדות נמוכה בהשוואה SWNTs ללא מילוי. עבור BCNTs CVD גדל, MWCNTs מסחריים MWNTs SCF גדל, ההתנגדות נמדדת היה גבוה ב -3 סדרי גודל בהשוואה נתונים עבור הקבוצה הראשונה של צינורות דיווח לעיל. הסיבה להבדלים כאלה צינורות SCF מסחרי עשוי להיות בעל תואר נמוך יותר של graphitization בהשוואה צינורות גדל על C0/Mo זרז. כפי שניתן לראות בספקטרום ראמאן (איור 3), צינורות SCF התערוכה תואר התחתון של graphitization בהשוואה צינורות גדל על Co / מו זרז בשיטת CVD. הדעה שלנו היא כי צינורות גדל מסחריים SCF יש פגזים החיצוני מקוטע עם צפיפות גבוהה של מומים. במקרה של אפיון של שתי נקודות, המגעים אלקטרודה נגדית ישירה פגום פגזים החיצונית במקום הנוכחי נושאי פצצות הפנימי פגום פחות. כדי לספק תחבורה אלקטרונים באמצעות פצצות פנימי, מתח גבוה יותר נדרש. כפי שדווח בעבר, השכבות החיצוניות של צינורות פחמן הם דומיננטי הובלת האלקטרונים, ולפיכך לקבוע את המוליכות של צינוריות [22]. השכבות הפנימיות אולי משתתפים פליטת שדה ולכן הבדלים משמעותיים בין פליטת שדה CVD ו SCF צינורות גדל לא נצפתה (איור 2b) בהשוואה להבדל התנגדויות (איור 5c). ייתכן כי בצמתים הנוכחי במבוק כמו מבנים שווה להקטין את מוליכות בקירות חיצוניים ופנימיים של CNTs. מאפיין זה עשוי להגביר את ההתנגדות של פליטת שדה ומוליכות. Nanotube איכות כדי לאפיין את האיכות של צינורות, זרמים כישלון מתח נקבעו (ראה טבלה 2). כישלון זרמים Nanotube היו עד μA 20 עבור CVD שגודלו SWNTs ו MWNTs עד 80 μA עבור SWNTs C 60 מלא. המתחים היו כישלון עד 5 V עבור SWNTs ועד 10 V עבור C 60 מלא SWNTs (ראה טבלה 2). CNTs סוג במבוק יציבים אפילו V 25 כלומר אלה צינוריות ניתן להשתמש גבוהה יישומים שדה חשמלי. תרשים 5b מראה כי Nanotube הוא שיבשו קרוב לאמצע שלה, אשר נצפתה לכל סוגי צינורות. תוצאה זו מרמזת כי הצינורות היו מחוממים resistively וכי הטמפרטורה נעשית גבוהה מקומי מספיק כדי לאדות את הקיר גרפיט, וכתוצאה מכך, את המיקום של הנזק על ידי חימום ג'אול אינו נקבע על ידי נוכחות של פגמים CNT. כתוצאה מכך, את המיקום של פגמים אין השפעה על נקודת השבירה של ה-CNT תחת השגחה. בעבודות אחרות [19,21] כשלים Nanotube נמצאו ליד באמצע באזורים קשר. | איור 5 MWCNT) גדל בשיטת CVD ו - ב) שבירת Nanotube במהלך בדיקה של שתי מדידות:. ג) השוואה בין אני (V) עקומות של סוגים שונים של CNTs 1 - CNTs singlewall מלא מולקולות C 60, 2 - ריק CNTs singlewall, 3 - CNTs multiwall גדל על Co / מו זרז, 4 - CNTs אולדריץ multiwall זמינים מסחרית, 5 - multiwall CNTs גדל על Pd / מו זרז, 6 - CNTs multiwall גדל בשיטה נוזל סופר קריטי. |
|
1. Tans ש"י, ARM Verschueren, דקר סי, "בטמפרטורת החדר טרנזיסטור המבוסס על פחמן Nanotube יחיד", טבע, 393, 49-52, 1998. 2. פוסטמה HW Ch., Teepen ט ', יאו צ', Grifoni מ, ג דקר ", פחמן Nanotube יחיד אלקטרונים טרנזיסטורים בטמפרטורת החדר", המדע, 293, 76-79, 2001. 3. Auvray ס, Derycke ו ', מ' גופמן, Filoramo א ', א' יוסט, ואת Bourgoin J.-P., "אופטימיזציה כימית עצמית התאספו טרנזיסטורים Nanotube פחמן", ננו לט., 5 (3), 451 -455, 2005. 4. שיאו ק ', ליו י ', הו פ ', יו ג', פו ל', ג ד, "High אפקט שדה ביצועי טרנזיסטורים עשויים צומת multiwall CNX / C Nanotube intramolecular", Appl. Phys. לט., 83 (23), 4824-4826, 2003. 5. וייץ RT, Zschieschang ע, פ Effenberger, Klauk ח', Burghard מ ', ק' קרן, "בעל ביצועים גבוהים פחמן Nanotube שדה אפקט טרנזיסטורים עם דיאלקטרי שער Thin בהתבסס על monolayer עצמית התאספו", ננו לט., 7, 22-27, 2007. 6. Bathold א ', פ' האדלי, נאקאנישי ט, ג דקר, "מעגלים לוגיים עם Nanotube טרנזיסטורים פחמן", המדע, 294, 1317-1320, 2001. 7. Rueckes ט ', ק' קים, Joslevich א, Tseng GY, Cheung ג, ו CM ליבר, "Nanotube מבוסס פחמן גישה אקראית זיכרון נדיף המיחשוב מולקולרית", מדע, 289, 94, 2000. 8. לי SW, לי DS, Morjan רי, Jhang SH, Sveningsson מ ', Nerushev OA, פארק YW, וקמפבל EEB, "שלושה פחמן Terminal Nanorelay", ננו לט. 4, 2027, 2004. 9. קה ג, אספינוסה HD, "In Situ אפיון מיקרוסקופית אלקטרונים אלקטרו של התקן Bistable NEMS", קטנים, 2 (12), 1484 - 1489, 2006. 10. פארק מ ', ב' קולה, זיגמונד ט ', י' שו, Maschmann MR, פישר TS, וקים ח', "אפקטים של שכבת פחמן Nanotube על ההתנגדות קשר חשמלי בין מצעים נחושת", ננוטכנולוגיה, 17, 2294-2303 , 2006. 11. בריאן ח', Halsall HB, דונג צ', Jazieh א ', י' ט"ו, ד וונג, פיקסלי ס, Behbehani מ"ל, ו MJ שולץ, "Nanotube פחמן מחט biosensor", ג'Nanosc. Nanotechn., 7, 2293-2300, 2007. 12. רינצלר AG, Hafner JH, ניקולייב פ ', לו ל', קים SG, Tomanek ד, Nordlander פ ', קולבר DT, סמולי רי, "צינורות להתיר -. פליטת שדה מ Wire אטומית", המדע, 269 (5230) , 1550-1553, 1995. 13. Deheer WA, Chatelain א ', ד אוגרטה, "Nanotube פחמן פליטת שדה מקור אלקטרונים", המדע, 270 (5239), 1179-1180, 1995. 14. וונג י"מ, קאנג, WP, דוידסון JL, Wisitsora-ב א ', Soh KL, פישר TS, Li ש, שו JF, "שדה פולט באמצעות צינורות פחמן multiwalled גדל על אזור עצה הסיליקון על ידי הפקדת מיקרוגל פלזמה משופרת אדים כימיים ", ג'Vac. Sci. טכנולוגיה. ב ', 21 (1), 391-394, 2003. 15. Bonard JM, וייס נ 'Kind ח', ט' Stockli, Forro ל, קרן קיי, Chatelain א ', "כוונון מאפייני שדה פליטה של פחמן Patterned Nantoube סרטים", עו"ד. מאטר., 13 (3), 184-188. 2001. 16. וואנג עזרה מהירה, קוריגן TD, דאי JY, צ'אנג RPH, קראוס AR, "פליטת שדה מ Emitters Bundle Nanotube בכל שדות נמוכה", Appl. Phys. לט., 70 (24), 3308-3310, 1997. 17. פאן ZW Au FCK, לאי HL, ואו, WY, סאן LF, ליו, ZQ, טאנג DS, CS לי, לי ST, שיה, אס, "Nanowires פחמן אמורפי נחקר על ידי הקרוב Edge-X-Ray-לקליטת-Fine- מבנים ", J. Phys. Chem. ב ', 105 (8), 1519-1522, 2001. 18. אייג'ימה ס ', "microtubules בצורת סליל בורגי של פחמן graphitic", טבע, 354 (6348), 56-58, 1991. 19. "צינוריות פחמן". Dresselhaus MS, Dresselhaus ג', Avouris הדוקטורט EDS. נושאים פיזיקה יישומית, Springer Verlag, ברלין , 80, 1-430, 2001 20. לי צ', Andzane ג', ד Erts, טובין JM, וואנג יא, מוריס MA, Attard ג', ו הולמס JD "שיטה חדשה לנוזל סופר עבור פחמן גידול", עו"ד. מאטר., בעיתונות. 21. Bonard JM, Klinke ג, דיקן KA, ואת קול BF, "השפלה וכישלון של פחמן Nanotube Emitters שדה", Phys. הכומר B, 67, 115406-1, 2003. 22. קולינס PG, ארנולד MS, Avouris פ ', "צינורות פחמן הנדסה מעגלים Nanotube באמצעות התפלגות חשמל", המדע, 292 (5517), 706-709, 2001. 23. Wey וו, ליו י ', ק' ג'יאנג, פנג LM, ואת מניפה ס ', "אפקט קירור עצה וכישלון מנגנון שדה פולטות פחמן", ננו לט., 7 (1), 64-68, 2007. 24. דינג פ, ק 'יאו, לין י', ב 'יעקובסון, "איך מתאדים פחמן שמירת שלמות שלהם?", ננו לט., 7 (3), 681-684, 2007. 25. Ohnishi ח', י 'קונדו, Takayanagi ק "בדיד המוליכות דרך שורות בודדות של אטומים זהב מושעה", Nature 395, 780-783, 1998. 26. Kizuka T . "תהליך אטומית של מגע טעם זהב למד על הזמן לפתור ברזולוציה גבוהה במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים" Phys. הכומר לט. 81 (20), 4448-4451, 1998. 27. Poncharal פ, וואנג ZL, אוגרטה ד ', דה Heer WA "deflections אלקטרוסטטי תהודות אלקטרו של פחמן", מדעי 283, 1513-1516, 1999. 28. Cumings ג' ו Zettl א "חיכוך נמוך Bearing בשכבות ננו לממש צינוריות פחמן multiwall" Science 289, 602-604, 2000. 29. Erts ד, ח אולין, Ryen ל ', א' אולסון, ו Thölén א "מקסוול מוליכות Sharvin ברשימת אנשי הקשר פוינט זהב הנחקרת שימוש TEM-STM", Phys. הכומר B 61, 12,725-12,728, 2000. 30. Erts ד, א Lõhmus, Lõhmus ר ו ח אולין, "Instrumentation של STM ו-AFM בשילוב עם מיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים", Appl. Phys., 72 (7), S71-S74, 2001. 31. Li QW, יאן ח', י 'נג, ג'אנג ג'י, ליו ZF, "סינתזה Scalable CVD של פחמן טוהר High-Single-Walled עם MgO כמו חומר נקבובי תמיכה", מאטר ג'יי. Chem, 12 (4):. 1179-1183, 2002. 32. Cumings ג', Zettl א ', מר מקרטני, ו ספנס JCH, "אלקטרונים הולוגרפיה של צינורות שדה פולטות פחמן", Phys. הכומר לט. 88, 056804, 2002. 33. Maiti א ', Brabec CJ, רולנד ס"מ, Bernholc ג', "Energetics צמיחה של פחמן", Phys. הכומר לט. 73, 2468, 1994. 34. טינג JH, צ'אנג CC, חן SL, לו DS, קונג CY, ו הואנג פ.י. "אופטימיזציה של מאפייני שדה פליטה של פחמן על ידי שיטת Taguchi", Thin סול. סרטים, 496, 299-305, 2006. 36. Gadzuk ג"ו ו EW פלאמר, "שדה אנרגיה פליטה הפצה (הזנות)", הכומר Mod. Phys. 45, 487-548, 1973. 37. ברודי I. ו Spindt ג, "אבק מיקרואלקטרוניקה", עו"ד. אלקטרונים. אלקטרונים. Phys. 83, 1, 1992. 38. Tuggle DW, יאו ג', ו דונג LF "פליטת שדה התנודות הנוכחיות של צינוריות פחמן בודד" Surf. ממשק אנאלי. 36, 489-492, 2004 |