新加坡大学电气工程学系副教授、新加坡国立数据记录研究所纳米自旋电子工程计划负责人yihong wu(吴义宏:音译)于2002年11月29日在东京举行的“asia nano 2002”的最后一天应邀以《carbon nanowalls and the associated nanostructures》为题发表了演讲。在此次演讲中,发表了相关研究数据,他表示:“我们对自己开发的碳纳米壁作为fed(场发射显示器)电极的特性进行了测试,结果要高于过去公开发表的纳米管的特性”。以比纳米管更低的电场强度即可产生电流,即使在真空度较低的环境中也能工作,吴向记者表示:“为生产低价位fed打开了通道”。
碳纳米壁是指吴等人于两年前开发的“壁状”纳米管(照片)。吴最近使用日本ulvac公司面向碳纳米管研究开发人员销售的cvd(化学气相沉淀)装置“cnt100”,在利用mpecvd(微波电浆辅助化学气象沉积)法改变底板材料、触媒、温度和腔内空气的同时,展开了纳米壁成长过程的基础研究。此次,为了验证纳米壁能否进行产业应用,将其作为fed电极材料进行了评测试验。
首先,在尺寸为1cm×1cm的铜底板上生长出用于特性测试的纳米壁。然后,将该底板作为阴极,中间空着50μm的间隔,与阳极的铜底板对着设置于腔内。将腔内的压力降低至1×10-5torr(约合1.33×10-3pa),一边提高电场强度,一边对由阴极发射出的电子的电流密度进行测定。试验温度分别是模拟室温的20℃,以及200℃、300℃和400℃。在20℃的试验中,开始发射电子的电场强度(起始电场)为0.32v/μm,此时测定到的电流密度为0.19ma/cm2。腔内温度分别为200℃、300℃和400℃时的起始电场分别为0.26 v/μm、0.20 v/μm和0.16 v/μm。吴表示,与在使用碳纳米管的试验中所发表的数值相比,这些起始电场在他所了解的范围内是最低的。另外,在400℃条件下,电场强度为0.32v/μm时的电流密度为17.6ma/cm2,这一数值比使用纳米管的试验中所发表的值都要高。
此外,吴还通过改变腔内的气体,对纳米壁所产生的电流的稳定性进行了评测试验。所使用的气体包括氮气(n2)、氢气(h2)、氧气(o2)以及沼气(ch4)。试验全部在室温下进行。分别事先各自在腔内充入气体,在3torr(约400pa)条件下保持10分钟。然后降低压力,连续地充入相同的气体,将压力保持在1×10-3torr(约0.133pa)下,对产生的电流进行了测定。结果,使用氧气和甲烷(ch4)时的电流值随着时间的流逝而急剧减少。尤其是充入氧气时,从开始测定仅仅过了15分钟,电流值就下降了26.5%。而使用氮气和氢气时的电流值的下降30分钟后仅仅分别为1.7%和1.8%。根据这一结果,吴表示:“纳米壁如果在腔内的气体成分上加以注意,即使在1×10-3torr的低真空条件下,也能够长时间地产生电流。这一结果表明将纳米壁作为电极的fed有可能以较低的成本进行生产”。