率射频氢等离子体处理碳纳米管阵列:
氢等离子体处理碳纳米管阵列在射频装置(有市售)中完成，图3所示即为该装置的结构示意图。首先将所制备的碳纳米管阵列放置在石墨样品台上，对处理室预抽真空至约8 X 10_4Pa，然后在氢气(纯度为5N)氛围中对基底进行加热，升温速率约为60K/min，直到温度稳定在1000K为止，并调节气压为lOOPa，待温度和气压均稳定后，启动射频源，调节射频功率为30W，处理时间为20小时。图4-42所示即为在本实施例中所得的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的扫描电镜图片，与图2所示原始碳纳米管相比，碳纳米管整体形貌变化不大，但表面被碳纳米颗粒所包覆，颗粒直径相比30W、10小时处理后所得的碳纳米管(图4-41)稍有增加，大多在20-30纳米，与原始碳纳米管的光滑表面(图2插图)截然不同，这些碳纳米突起均可能成为潜在的有效场发射点。
[0032](5)场发射性能测试:
碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的场发射性能测试在高真空场发射测试仪(有市售)中完成，图5所示即为该测试装置的结构示意图。测试室中真空度维持在约IXlO-7Pa (用常开的钛离子泵抽真空)。将所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列样品用导电胶粘附在铜样品台上，以此作为场发射阴极，并将阴极接地；阳极为一直径约为10厘米的不锈钢圆板，阴阳极保持平行，间距为2毫米；测试时，在阳极上负载O-1OkV可调正偏压，偏压增速恒定为500V/min，测试结果通过程序自动记录到电脑中。从图6可以看出，30W下经氢等离子体处理20小时后所得的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的开启场、阈值场和最大场发射电流密度分别为0.90 V/μ m、1.44 V/ym* 43.42 mA/cm2，要远远优于原始碳纳米管的1.24 V/μ m、1.76 V/μ m和21.90 mA/cm2，也要好过30W、10小时处理后碳纳米管阵列的1.10 ν/μπι、1.63 ν/μπι和37.24 mA/cm2。场发射性能的大幅提升可归因于长时间低功率氢等离子体处理后碳纳米管表面有效场发射点的增多，大量的碳纳米颗粒均可成为有效场发射点，场发射电流密度相比原始碳纳米管仅有尖端发射电子无疑将大幅提升。图7所示为本实施例中所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列和原始未经处理碳纳米管阵列的场发射稳定性图，表征的是在恒定外电场作用下，场发射电流密度随时间的变化关系。可以看出，本实施例中所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列具有比原始碳纳米管阵列更好的场发射稳定性，在10小时测试中(平均场发射电流密度为12.25 mA/cm2)，场发射电流密度没有明显衰减，波动也很小，但原始碳纳米管样品在10小时测试中(平均场发射电流密度为9.80 mA/cm2)，电流密度衰减约17%。虽然二者的平均场发射电流密度均在阈值场发射电流密度(/th，10 mA/cm2)附近，但测试中碳纳米颗粒包覆碳纳米管样品的恒定外加电场强度仅为1.50 V/μπι，远小于原始碳纳米管样品的1.80 V/μπι，这种工作电压的降低对实际应用是非常重要的。由此可见，长时间高温以及等离子体处理大幅提升了碳纳米管阵列的场发射稳定性。
[0033]( 6 )场电子发射器组装(常规组装方法):
用导电胶将生长有碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的硅单晶片粘附在厚度为2毫米的铜电极上，将其作为场发射阴极，并将阴极接地，阳极为一厚度为2毫米的铜板电极，阴阳极保持平行，用厚度为200微米的环装聚四氟乙烯隔开，负载正偏压在阳极板上，就可获得稳定的场电子发射，场发射电流密度大小的控制可通过调节阳极板偏压来实现。
[0034]实施例3
(I)制备洁净娃晶片基底:
首先将硅片切成2cmX 2cm小片，依次在去离子水、丙酮和无水乙醇中各超声(50W)清洗10分钟，再将硅晶片放入体积比为4%的氢氟酸中浸泡5分钟，获得干净无污染且无二氧化硅覆盖层的基底。
[0035]( 2 )磁控溅射法沉积铁催化剂:
铁催化剂的沉积在磁控溅射装置(有市售)中进行。在此之前，先将硅单晶片在金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA源，有市售)中进行载能铁离子轰击预处理，铁离子能量约为15keV，束流为10毫安，处理时间为15分钟，该处理可有效提升碳纳米管与硅基底间的结合力；然后将载能铁离子轰击过的硅晶片放置在样品台上，先对真空室抽真空至约8X10_5Pa，以排除杂质气体污染，然后通入高纯(5N)氩气，调节腔室气压为1.0Pa ;沉积时，直流电源电流为60毫安，同时在样品台上加150伏负偏压，沉积时间为125秒，所获铁膜厚度为5纳米。
[0036](3)热化学气相沉积法制备碳纳米管阵列:
碳纳米管阵列的生长在高温管式炉(有市售)中完成，所用方法为传统的热化学气相沉积法，且整个过程在常压下完成。首先将沉积有5纳米铁催化剂的硅晶片置入管式炉石英管内样品台上，封闭好石英管后，将铁催化剂在400sCCm氢气、853K条件下热处理I小时；后在150sccm氨气、1023K条件下处理10分钟以提升催化剂活性；最后在87sccm乙炔、600SCCm氢气、1023K条件下生长碳纳米管阵列，生长时间为30分钟。
[0037](4)低功率射频氢等离子体处理碳纳米管阵列:
氢等离子体处理碳纳米管阵列在射频装置(有市售)中完成，图3所示即为该装置的结构示意图。首先将所制备的碳纳米管阵列放置在石墨样品台上，对处理室预抽真空至约8 X 10_4Pa，然后在氢气(纯度为5N)氛围中对基底进行加热，升温速率约为60K/min，直到温度稳定在1000K为止，并调节气压为lOOPa，待温度和气压均稳定后，启动射频源，调节射频功率为30W，处理时间为30小时。图4-43所示即为在本实施例所得的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的扫描电镜图片，与图2所示原始碳纳米管相比，碳纳米管整体形貌变化不大，但表面被碳纳米颗粒所包覆，颗粒直径相比30W、10小时(图4-41)和30W、20小时(图4_42)处理后所得的碳纳米管均要小，大多在15-20纳米，且颗粒分界不清晰，但与原始碳纳米管的光滑表面(图2插图)截然不同，这些碳纳米突起均可能成为潜在的有效场发射点。
[0038](5)场发射性能测试:
碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的场发射性能测试在高真空场发射测试仪(有市售)中完成，图5所示即为该测试装置的结构示意图。测试室中真空度维持在约IXlO-7Pa (用常开的钛离子泵抽真空)。将所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列样品用导电胶粘附在铜样品台上，以此作为场发射阴极，并将阴极接地；阳极为一直径约为10厘米的不锈钢圆板，阴阳极保持平行，间距为2毫米；测试时，在阳极上负载O-1OkV可调正偏压，偏压增速恒定为500V/min，测试结果通过程序自动记录到电脑中。从图6可以看出，30W下经氢等离子体处理30小时后所得的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的开启场、阈值场和最大场发射电流密度分别为1.02 V/ymU.59 V/ym和35.44 mA/cm2，要优于原始碳纳米管的1.24ν/μπκ?.76 ν/μπ^Ρ21.90 mA/cm2。场发射性能的提升可归因于长时间低功率氢等离子体处理后碳纳米管表面有效场发射点的增多，大量的碳纳米颗粒均可成为有效场发射点，场发射电流密度相比原始碳纳米管仅有尖端发射电子无疑将大幅提升。
[0039]( 6 )场电子发射器组装(常规组装方法):
用导电胶将生长有碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的硅单晶片粘附在厚度为2毫米的铜电极上，将其作为场发射阴极，并将阴极接地，阳极为一厚度为2毫米的铜板电极，阴阳极保持平行，用厚度为200微米的环装聚四氟乙烯隔开，负载正偏压在阳极板上，就可获得稳定的场电子发射，场发射电流密度大小的控制可通过调节阳极板偏压来实现。
[0040]实施例4
(I)制备洁净娃晶片基底:
首先将硅片切成2cmX 2cm小片，依次在去离子水、丙酮和无水乙醇中各超声(50W)清洗10分钟，再将硅晶片放入体积比为4%的氢氟酸中浸泡5分钟，获得干净无污染且无二氧化硅覆盖层的基底。
[0041 ] (2)磁控溅射法沉积铁催化剂:
铁催化剂的沉积在磁控溅射装置(有市售)中进行。在此之前，先将硅单晶片在金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA源，有市售)中进行载能铁离子轰击预处理，铁离子能量约为15keV，束流为10毫安，处理时间为15分钟，该处理可有效提升碳纳米管与硅基底间的结合力；然后将载能铁离子轰击过的硅晶片放置在样品台上，先对真空室抽真空至约8X10_5Pa，以排除杂质气体污染，然后通入高纯(5N)氩气，调节腔室气压为1.0Pa ;沉积时，直流电源电流为60毫