عنوان پایان‌نامه
رشدنانولوله های کربنی بر روی نانو لوله های دی اکسید تیتانیوم وبررسی گسیل الکترونی ودیگر کاربردهای آن
- رشته تحصیلی
- نانوفیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 56318;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 4981
- تاریخ دفاع
- ۲۸ شهریور ۱۳۹۱
- دانشجو
- فاطمه اسدی جعفری
- چکیده
- کاربردهای ویژ? نانولوله‌ها، که در واقع نانوساختارهای شبه تک‌بعدی هستند، مدیون نسبت سطح به حجم زیاد و نسبت منظر بالای آنهاست. یکی از کاربردهای چشمگیر نانوساختارهای تک‌بعدی گسیل میدانی آنها است که یک اثر منحصر به فرد مکانیک کوانتومی به حساب آمده و در ساخت نمایشگرها و دیگر قطعات الکترونیکی بسیار مورد توجه است. نانولوله‌های کربنی خود را یکی از نویدبخش‌ترین گسیلنده‌های میدانی الکترون نشان داده‌اند. در مقابل، بررسی گسیل میدانی نانولوله‌های دی‌اکسید تیتانیوم که نوعی از مواد اکسیدی تک‌بعدی به حساب می‌آیند، تاکنون بسیار کم صورت گرفته است. خوشبختانه نانولوله‌های 2 TiOاز فاصله‌نواری پهن (eV 2/3-1/3)، تابع کار نسبتاً پایین (eV 4/4 در مقایسه با نانولوله‌های کربنی، eV 5)، شعاع انحنای کوچک همانند نانولوله‌های کربنی و مقاومت شیمیایی و گرمایی خوبی برخوردارند. بنابراین بدون شک نانولوله‌های 2TiO می‌توانند یکی از گزینه‌های مطرح برای گسیلنده‌های میدانی باشند. بر این اساس، ساختارهای دوگان? نانولوله‌های کربنی بر روی نانولوله‌های 2 TiO را مورد بررسی گسیل میدانی قرار دادیم. با لایه‌نشانی لای? Ni روی نانولوله‌های 2 TiO رشد یافته به روش آندی‌کردن، لای? نانولوله‌های کربنی را به روش لایه‌نشانی بخار شیمیایی بهبود یافته با پلاسما، بر روی نانولوله‌های 2 TiO رشد دادیم. بهبود گسیل میدانی این نانوساختارهای دوگانه نسبت به نانولوله‌های 2TiO بسیار چشمگیر است به طوری که میزان جریان گسیلی در ولتاژ یکسان، حتی تا 5000 برابر افزایش می‌یابد، این در حالی است که جریان گسیلی نانوساختارهای دوگانه نسبت به نانولوله‌های کربنی، در بهترین حالت تنها حدود 4 برابر افزایش را نشان می‌دهد. میزان کمتر این افزایش به این دلیل است که نانولوله‌های کربنی خودشان گسیلنده‌های میدانی بسیار خوبی هستند. نکت? حائز اهمیت این است که نانولوله‌های 2TiO با وجود اینکه گسیل میدانی بسیار ضعیفی دارند، وقتی زیر نانولوله‌های کربنی قرار می‌گیرند، می‌توانند گسیل میدانی آنها را به طور قابل توجهی بهبود بخشند. مطلب دیگر، اثر شدیدی است که مورفولوژی نانولوله‌های 2TiO بر میزان این بهبودی دارد. با افزایش ارتفاع نانولوله‌های 2 TiOای که دارای مورفولوژی کوتاه و قطر زیاد هستند (طول‌های 3-5/1 میکرون و قطرهای nm 400-200)، به دلیل اینکه نایکنواختی در طول نانولوله‌ها را نیز در پی دارد، گسیل میدانی نانوساختارهای دوگان? آنها به طور فزاینده بهبود نیافت. از طرف دیگر، متوجه شدیم نانولوله‌های 2 TiO با مورفولوژی بلند و باریک (طول‌های از 8 میکرون به بالا و قطرهای nm 60-30) در تمامی ارتفاع‌ها با طول‌های کاملاً یکنواخت و در هم فشرده رشد کرده‌اند، در نتیجه با احتمال بسیار بالا حدس می‌زنیم با افزایش طول آنها بتوانیم گسیل میدانی نانوساختارهای دوگانه را بدون هیچ عامل مزاحمی به طور فزاینده بهبود دهیم. بنابراین پیش بینی می‌کنیم که بتوان با بهره‌گیری از مورفولوژی‌های متفاوت نانولوله‌های 2TiO، گسیل میدانی نانوساختارهای دوگان? آنها با نانولوله‌های کربنی را، بسیار بیشتر از حد نهایی به‌دست آمده در این پروژه، بهبود داد.
- Abstract
- Nanotubes, as quasi-one-dimensional (1D) materials, have found numerous applications, owing to their large surface area to volume and high aspect ratios. A salient application for these 1D materials is their field emission which is of great interest in displays and other electronic devices and is regarded as a unique quantum-mechanical effect. Carbon nanotubes (CNTs) have emerged as one of the most promising field electron emitters. On the other hand, research reports onfield emission of TiO2 nanotubes (TNTs), as a kind of 1D oxide materials, are still few. Fortunately, the TNTs with wide band gap (3.1-3.2 eV) possess comparatively low work function (~4.4 eV, compared to5.0 eV for CNTs), small radii of curvature like CNTs, and good thermal and chemical stability in various harsh environments.Therefore, we thought that CNTs/TiO2 nanotube arrays would be goodcandidate asfield emitters. We have thus grown and investigated the field emission property of double-stage nanostructures consisted of CNTs on TNTs. After depositing a Ni layer on TNTs which had been grown by electrochemical anodization process, we grew CNTs on the TNTs using a plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system. The field emission property of these double-stage nanostructures improves notably compared with that of TNTs alone, in which the emission current at the same voltage increases even up to 5000times, but this quantity shows just 4times increase compared with the field emission ofCNTs. This is because of the excellent emission characteristics of the CNTs themselves. The prominent point is that, TNTs despite their poor field emissionproperty cause a noticeable enhancement in the field emission of CNTs by being placed beneath them. We found that the morphology of TNTs considerably affect the amount of this improvement. Enlarging the TNTs which have short and thick morphology (their heights range 1.5-3 µm with 200-400 nm diameters) did not improve increasingly the field emission property of the double-stage nanostructures, because the TNTs were not uniform, instead they had different lengths too. On the other hand, we found thatthe TNTshaving tall and thin morphology(~8 µm heights with 30-60 nm diameters) had grown with uniform lengthsand also had very compact structures.Possiblywe would able to improve increasingly the field emission property of theirdouble-stage nanostructures by increasing the lengthof the TNTs. Therefore, we predict thatthe field emissionproperty of these double-stage nanostructures would be improved far more than the amount we have achieved in this project by using various other morphologies of TNTs. Keywords: Carbon Nanotubes, TiO2 Nanotubes, Double-Stage Nanostructures, Field Emission.
