臺灣博碩士論文加值系統

本研究是探討應用於CNT-FED中的多壁奈米碳管漿料（MWNT-Paste）其銀成份添加量與場發的關係。吾人使用厚膜印刷（Screen-Printing）的方式製作場發射二極結構，並以TGA探討在燒結過程中CNT與銀之間相互的關係。透過活化處理，使表面的奈米碳管可以直立並突出於基材表面。使用固定電流（Constant Current）量測法，可以檢視MWNT-Paste的亮度、均勻性與場發射強度等特性；再搭配場發射掃描式電子顯微鏡觀察其表面結構。結果顯示，銀成份的添加雖然能提高漿料的導電特性，但是過量的銀成份不僅不利於導電，反而會造成電極的屏蔽效應（Shielding effect），造成場發射效果降低。

In this work, effects of silver content in multi-walled carbon nanotubes （MWNTs）paste on the field emission properties were investigated for the application of carbon nanotube field emission display （CNT-FED）cathode. The diode cathode structures were fabricated by thick-film screen-printing technology, and TGA analysis was used to study relationship between CNT and silver during sintering process. By using adhesive tape to activate emitter surface, most of the carbon nanotubes （CNTs）can be aligned vertically. By constant-current measuring method, emission properties such as brightness, uniformity, emission intensity, can be examined. The surface morphologies were observed by field emission scanning electron microscopy. These results demonstrated that conductance was enhanced with increasing silver content in MWNT paste, but excess silver content degraded emission performance due to electric shielding effect.

目 錄

中文摘要 i
英文摘要 ii
誌謝 iii
目錄 iv
表目錄 vi
圖目錄 vii
第一章 導論 1
1.1 奈米碳管與奈米銀介紹 1
1.1.1 單壁奈米碳管與多壁奈米碳管 1
1.1.2 奈米銀 2
1.2 場發射顯示技術介紹與發展 3
1.2.1 FED與CRT結構比較 3
1.2.2 FED顯示原理 4
1.2.3 CNT-FED原理與發展 5
1.3 研究動機 8
第二章 理論基礎 9
2.1 場發射原理 9
2.1.1 Fowler-Nordheim理論 9
2.1.2 穿隧效應理論 10
2.1.3 場發射顯示原理 11
2.1.4 奈米碳管在場發射上的應用 13
2.2 奈米碳管介紹 15
2.2.1 碳材料簡介 15
2.2.2 奈米碳管的發現 17
2.2.3 奈米碳管的幾何結構 18
2.2.4 奈米碳管的電學特性 21
2.2.5 奈米碳管之場發射機制 23
2.2.6 奈米碳管之熱學性質 26
2.2.7 奈米材料的電阻 27
2.3 奈米銀 28
2.4 漿料與活化處理 30
2.4.1 玻璃粉與黏結劑 30
2.4.2 活化處理 31
第三章 實驗流程與方法 34
3.1 材料準備 34
3.2 陰、陽極板製程 36
3.2.1 陰極板漿料調配 36
3.2.2 陽極板漿料調配 38
3.2.3 陰、陽極板網印及燒結製程 38
3.2.3.1 陰極板燒結 40
3.2.3.2 陽極板燒結 41
3.3 活化處理與二極場發射結構組裝 42
3.3.1 活化處理 42
3.3.2 二極場發射結構組裝 43
3.4 場發射實驗 44
3.5 材料分析 45
3.5.1 場發射掃描式電子顯微鏡/微區元素能量分析儀 45
3.5.2 Mahr非接觸式三次元量床設備 46
第四章 結果與討論 48
4.1 熱重分析 48
4.2 活化實驗 51
4.2.1 活化處理後表面之SEM觀察 51
4.2.2 活化處理後二極實驗驗證結果 53
4.3 二極場發射實驗 55
4.3.1 電壓量測結果 55
4.3.2 亮度量測結果 57
4.3.3 陽極板表面觀察 61
4.4 SEM/EDS顯微組織觀察 65
第五章 結論 74
參考文獻 76
附錄
α-stpe量測結果 81
符號彙編 87


表目錄

表1.1 粒徑尺寸與表面積、表面能量的關係 3
表3.1 陰極板使用之材料與型號 36
表3.2 陽極板使用之材料與型號 36
表3.3 漿料混合比例與重量百分比 37
表4.1 漿料成份與熱重分析前後熱重損失結果 49
表4.2 圖4.23之EDS分析元素成份表 67
表4.3 圖4.24之EDS分析元素成份表 68


圖目錄

圖1.1 單壁奈米碳管與多壁奈米碳管差異 1
圖1.2 奈米碳管的應用 2
圖1.3 CRT與FED結構比較 4
圖1.4 場發射顯示器結構圖 5
圖1.5 Spindt type 場發射元件 5
圖1.6 CNT - FED基本結構 7
圖1.7 CNT - FED顯示特性 7
圖1.8 2010年各項顯示技術發展進度估計 8
圖2.1 Fowler - Nordheim理論 10
圖2.2 場發射電子的電子分佈情形 11
圖2.3 Spindt 型FED 發射體陣列及放大圖 12
圖2.4 Spindt 型FED 結構圖 13
圖2.5 CRT與FED結構原理 14
圖2.6 CNT - FED 結構 15
圖2.7 碳元素所形成之各種同素異構體 16
圖2.8 矽基材中的大型洋蔥狀碳 17
圖2.9 富勒烯分子（fullerene molecule，C60）的結構 18
圖2.10 單璧奈米碳管與多壁奈米碳管結構示意圖 18
圖2.11 三種類型的碳奈米管 19
圖2.12 壁奈米碳管參數的幾何意義 20
圖2.13 多壁奈米碳管 21
圖2.14 三種類型奈米碳管之能帶圖 22
圖2.15 三種奈米碳管電性特性 23
圖2.16 奈米碳管carbon atomic wire假說 24
圖2.17 不同CNT的場發射特性 25
圖2.18 CNT與石墨之場發射電流與電場關係圖 25
圖2.19 外加電場與有效功函數及電荷重新變化之關係 26
圖2.20 MWNT之TGA與DSC 結果 27
圖2.21 傳統銀漿料與奈米銀漿料之場發射結果 30
圖2.22 CNT膠料燒結後之SEM圖 31
圖2.24 基材表面活化處理前後之SEM圖 32
圖2.25 活化處理前後的I-V曲線圖 33
圖3.1 實驗流程圖 35
圖3.2 攪拌脫泡機 37
圖3.3 三軸滾筒 38
圖3.4 網印機 39
圖3.5 加熱板 39
圖3.6 氣氛燒結爐 40
圖3.7 陰極板燒結溫度曲線圖 41
圖3.8 陽極板燒結溫度曲線圖 41
圖3.9 活化處理後陰極板表面示意圖 42
圖3.10 活化處理步驟 42
圖3.11 活化處理後的膠帶表面與陰極板 43
圖3.12 二極場發射結構組裝完成截面圖 43
圖3.13 二極場發射結構組裝完成圖 44
圖3.14 場發射電路示意圖 44
圖3.15 真空腔體設備 45
圖3.16 JEOL-JSM-6340 場發射掃描式電子顯微鏡 46
圖3.17 金屬濺鍍機 46
圖3.18 Mahr三次元量床設備 47
圖4.1 CNTs漿料TGA分析結果 49
圖4.2 黏結劑與K1-TGA分析結果 49
圖4.3 熱重分析前後重量損失比例（600 ℃） 49
圖4.4 未活化處理表面SEM圖（10000倍） 51
圖4.5 活化處理後表面截面SEM圖（10000倍） 52
圖4.6 活化處理後表面截面SEM圖（30000倍） 52
圖4.7 活化處理前後進行二極場發射結果，電流14 mA 54
圖4.8 活化處理前後進行二極場發射結果，電流15 mA 54
圖4.9 活化處理的電流與亮度分析圖 55
圖4.10 二極式場發射結構以3 mA所做固定電流得到之結果 56
圖4.11 起始亮度分析圖 58
圖4.12 亮度分析圖 58
圖4.13 K1 電流3 mA 59
圖4.14 K2 電流3 mA 59
圖4.15 K3 電流3 mA 60
圖4.16 K4 電流3 mA 60
圖4.17 Kr 電流3 mA 61
圖4.18 二極式場發射結構固定電流3 mA之電場結果 62
圖4.19 陽極板觀察-K1 63
圖4.20 陽極板觀察-K2 63
圖4.21 陽極板觀察-K3 64
圖4.22 陽極板觀察-K4 64
圖4.23 陽極板觀察-Kr 65
圖4.24 元素成份分析（1） 67
圖4.25 元素成份分析（2） 68
圖4.26 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-K1-2000倍 69
圖4.27 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-K1-5000倍 69
圖4.28 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-K2-2000倍 70
圖4.29 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-K2-5000倍 70
圖4.30 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-K3-2000倍 71
圖4.31 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-K3-5000倍 71
圖4.32 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-K4-2000倍 72
圖4.33 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-K4-5000倍 72
圖4.34 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-Kr-2000倍 73
圖4.35 網板印刷製程燒結後之FESEM圖-Kr-5000倍 73

參考文獻

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