【摘要】：一維納米材料具有獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)和實(shí)用化前景,一維納米材料長(zhǎng)徑比高的特點(diǎn)使其相互纏繞同時(shí)形態(tài)復(fù)雜多變。大量一維納米材料以粉末狀態(tài)存在,納米材料之間相互團(tuán)聚,規(guī)�；庸み^程中對(duì)粉末進(jìn)行直接操作難度較大,為將其集成融入微納器件及規(guī)�；煽刂苽鋷�(lái)困難。因此迫切需要研究開發(fā)具有規(guī)�；煽刂苽淠芰Φ墓に嚰夹g(shù),以推動(dòng)這一類具有顯著性能優(yōu)勢(shì)的材料盡快在高性能器件開發(fā)中獲得廣泛應(yīng)用。針對(duì)一維納米材料規(guī)�；煽刂苽涔に囍写嬖诘碾y題,本文提出一種復(fù)合制備工藝,借助分散介質(zhì),將一維納米材料集成應(yīng)用于微加工體系,將對(duì)一維納米材料的適度操控轉(zhuǎn)化成為對(duì)復(fù)合薄膜的微加工,實(shí)現(xiàn)規(guī)�；煽刂苽洹Ｒ�(guī)�；侵附柚⒓庸て脚_(tái),可以通過流片實(shí)現(xiàn)批量化制備�？煽刂苽涫侵缚梢酝ㄟ^調(diào)整工藝參數(shù),控制一維納米材料的密度及樣品表面形貌。該工藝基于一維納米材料長(zhǎng)徑比高的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)一維納米材料可控制備具有廣泛適用性。碳納米管作為一維納米材料的典型代表,具有良好的機(jī)械性能和穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)。論文以碳納米管為例,選用無(wú)機(jī)介質(zhì)(水玻璃)和有機(jī)介質(zhì)(聚酰亞胺)驗(yàn)證復(fù)合制備工藝,針對(duì)場(chǎng)發(fā)射X射線管微電極這一獨(dú)特應(yīng)用,通過電極優(yōu)化設(shè)計(jì),分別研制了兩種原型器件,進(jìn)行了X射線發(fā)射試驗(yàn),主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)論如下:1.基于有機(jī)介質(zhì)的復(fù)合制備工藝,設(shè)計(jì)并制備了一端植入金屬基底一端裸露的微米線柔性電極,實(shí)現(xiàn)了碳納米管與金屬材料的跨尺度集成制造。碳納米管與金屬基底實(shí)現(xiàn)牢固物理結(jié)合和電接觸,保證柔性電極在復(fù)雜彎曲條件下穩(wěn)定的場(chǎng)發(fā)射性能。未彎曲樣品的開啟場(chǎng)強(qiáng)為1.1 V/μm,外加場(chǎng)強(qiáng)3.13 V/μm時(shí),場(chǎng)發(fā)射電流密度為8.03mA/cm~2。在彎曲測(cè)試條件下,當(dāng)彎曲角度分別為15°、30°、45°和60°時(shí),電流密度分別為7.93、8.03、8.10、7.96 mA/cm~2。設(shè)計(jì)制備的微米線柔性電極可以在發(fā)射電流400μA的條件下持續(xù)穩(wěn)定工作60小時(shí)。通過設(shè)計(jì)搭建測(cè)試平臺(tái),改裝傳統(tǒng)X射線管,對(duì)微米線柔性電極應(yīng)用于X射線發(fā)生的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。陰陽(yáng)極之間施加4.5 KV偏置電壓電壓時(shí),場(chǎng)發(fā)射電流約為307μA,測(cè)試后在感光膠片上產(chǎn)生陰影證明了X射線的產(chǎn)生。2.基于無(wú)機(jī)介質(zhì)的復(fù)合制備工藝,結(jié)合軟件仿真優(yōu)化設(shè)計(jì),制備了碳納米管單端植入水玻璃耐高溫場(chǎng)發(fā)射電極。以水玻璃為分散介質(zhì)制備的無(wú)機(jī)復(fù)合薄膜固化后擁有較高的化學(xué)熱穩(wěn)定性,有利于維持X射線管內(nèi)高真空度。熱處理過程使碳納米管缺陷減少、含氧雜質(zhì)脫附,有效提高了電極的場(chǎng)發(fā)射電流。熱處理后電極的場(chǎng)發(fā)射開啟場(chǎng)強(qiáng)由1.52 V/μm減小至1.25 V/μm。熱處理后電極的場(chǎng)發(fā)射電流穩(wěn)定性增加,在外加偏置場(chǎng)強(qiáng)4.63 V/μm時(shí),發(fā)射電流為1.97 mA條件下持續(xù)工作40 h。電極在外加電壓為781 V時(shí),場(chǎng)發(fā)射電流為3.08 mA,場(chǎng)發(fā)射電流密度為241 mA/cm~2。通過X射線發(fā)生實(shí)驗(yàn)對(duì)電極與熱處理工藝的兼容性進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證試驗(yàn)在真空腔室內(nèi)進(jìn)行,電極兩端施加5.0 KV偏置電壓時(shí),場(chǎng)發(fā)射電流約為84μA,測(cè)試后感光膠片上產(chǎn)生的陰影證明了X射線的產(chǎn)生。 【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB383.1

【圖文】：

碳納米管示意圖

透射電鏡圖片：（a）Iijima 1991 年報(bào)道的多壁碳納米管和單BethuneBethune 1993 年制備的單壁碳納米管[2]mage of carbon nanotube: (a) mulit-walled carbon nanotube discosingle-walled carbon nanotube fabricated by Bethune據(jù)碳材料的層數(shù)不同，可分為單壁碳納米管、雙壁碳納米管直徑分布在 0.4~2 nm，，封閉的單壁碳納米管可而形成的一維納米材料，封閉的碳納米管兩端是半球一半[3]。結(jié)構(gòu)可以看作是由石墨片繞中心軸按一定的螺旋角]，具有良好的對(duì)稱性。其管壁直徑一般在 0.7~30 nm納米管管壁模型為最基本的正六邊形平面模型，碳納形的六個(gè)頂點(diǎn)，如圖 1-3 所示。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 邢曉曼;代秋聲;;碳納米管場(chǎng)發(fā)射陰極制備技術(shù)的最新進(jìn)展[J];CT理論與應(yīng)用研究;2013年01期

2 王裕超;丁桂甫;吳惠箐;汪紅;姚錦元;;超聲振蕩輔助制備銅基碳納米管復(fù)合電鍍層工藝[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2006年05期

3 朱純熙,盧晨;水玻璃硬化的認(rèn)識(shí)過程[J];無(wú)機(jī)鹽工業(yè);2001年01期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 齊艷芳;碳納米管的分散及其器件的制備[D];北京交通大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2712324