新型非晶合金/碳纳米管复合冷阴极材料的可控制备和场发射性质研究

Matrix materials, interface characteristics and alignment of carbon nanotubes (CNTs) influence markedly on the field emission properties of CNTs composites. In this project, one novel composite material made from ZrCu based amorphous alloys (BMG) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) will be prepared by rapid colling, milling and hot-pressed superplastic deformation technology, which is applied to field emission cold cathode. The influence of interface characteristics on electron transport and emission behaviors will be discussed. Aligned CNTs composites will be fabricated by superplastic deformation technology, and the interaction mechanism of amorphous alloys and MWCNTs will be revealed. The principle of field emission performance influenced by composites materials compositions, interface characteristics and alignment of CNTs will be gained. The experiments datum and principles will be provided to design the novel cold cathode composites.

通过选择基质材料、调控界面状态和碳纳米管(CNTs)分布可以显著影响碳纳米管复合冷阴极材料的场发射性能。本项目采用快速冷却技术、球磨技术和热压-超塑性变形技术相结合制备ZrCu基非晶合金(BMG)/多壁碳纳米管(MWCNTs)复合冷阴极材料。通过设计复合材料成分、改变制备工艺参数等，调控复合材料的界面特性，探讨复合材料界面特性对电子传输和发射行为的影响；利用超塑性变形技术开展CNTs定向排列行为的研究，并据此揭示超塑性变形时BMG的粘性流动对CNTs分布、取向的影响规律和相互作用关系。最终获得界面状态和CNTs分布对ZrCu基BMG/CNTs复合冷阴极材料场发射性能的影响规律，为设计高性能复合冷阴极材料提供试验及理论依据。

本项目采用快速冷却技术、球磨技术和热压-超塑性变形技术制备了Zr46.3Cu43.3Al8.9Si1.5非晶合金(BMG)/碳纳米管(CNTs)复合冷阴极材料，研究了BMG及其复合材料的热稳定性、电学性能等，考察了球磨参数和热压参数对复合材料微观结构的影响，利用离散元数值模拟技术分析了复合材料挤压变形过程中CNTs受力和取向分布，对比了不同CNTS含量对复合材料场发射性能的影响。结果表明，BMG/CNTs复合材料结构致密，热稳定性好，电阻率高且在较宽的温度区间内较稳定；球磨促使CNTs剪切变短并发生团聚；BMG/CNTs复合材料超塑性挤压变形过程中CNTs各部分受到应力存在差异促进其沿压力方向进行取向分布；增加CNTs含量，场发射开启场强降低，相同电场强度下电流密度增大。项目完成期间，共发表论文4篇，其中SCI收录论文3篇，授权发明专利1项，申请发明专利1项，培养硕士研究生4人。