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Highly stable carbon nanotube and graphene field emitters for miniature X-ray tubes = 초소형 X-선 튜브를 위한 고안정성 탄소나노튜브 및 그래핀 전계방출원
서명 / 저자 Highly stable carbon nanotube and graphene field emitters for miniature X-ray tubes = 초소형 X-선 튜브를 위한 고안정성 탄소나노튜브 및 그래핀 전계방출원 / Jun Mok Ha.
저자명 Ha, Jun Mok ; 하준목
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2017].
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초록정보

Carbon nanotube (CNT) field emitters that exhibit extremely high stability against high-voltage arcing has been demonstrated. The CNT emitters were fabricated on a sharp copper tip substrate that produces a high electric field. A metal mixture composed of silver and copper nanoparticles was used as a binder to attach CNTs to the substrate. Due to the strong adhesion of the metal mixture, CNTs were not detached from the substrate even after many intense arcing events. Through electrical conditioning of the as-prepared CNT emitters, vertically-standing CNTs with almost the same heights were formed on the substrate surface and most of loosely-bound impurities were removed from the substrate. Consequently, no arcing was observed during the normal operation of the CNT emitters and the emission current kept constant even after intentionally induced arcing. Additionally, a simple and convenient route was presented to fabricate freestanding graphene nanosheets and large-area/patterned graphene nanofilms by thermal annealing of indium (In) and graphite mixture. In particles mixed with graphite powder catalytically oxidize the graphite powder and produce carbon oxide gases. The carbon oxide gases are then catalytically graphitized to form graphene nanostructures on In. The morphologies of the graphene nanostructures can be controlled by the In geometry: vertically-standing graphene nanosheets are synthesized using In particles and a graphene nanofilm is grown on a thin In layer. In is then completely removed, and thus high-purity graphene is finally produced. The graphene nanosheets exhibited excellent field-emission performance due to high-density edges. In addition, the graphene nanofilms show electrical conductivities comparable to or better than that of reduced graphene oxide. Furthermore, a large-area or a patterned graphene nanofilm is synthesized using a uniform or a pre-patterned In layer, respectively.

고전압 실험에서의 방전 현상에도 고안정성을 가진 탄소나노튜브 전계방출원이 개발되었다. 탄소나노튜브 전계방출원은 뾰족한 팁형 구리 기판 상에 제작되었으며, 이러한 뾰족한 팁형 전계방출원은 뾰족한 구조로 인해 강한 전기장을 생성한다. 은과 구리 나노입자로 구성된 금속 혼합제가 탄소나노튜브와 기판을 접합하기 위한 접착제로 사용되었다. 금속 혼합제의 강한 접착력 때문에, 탄소나노튜브는 많은 강한 방전 현상 후에도 기판에서 떨어져 나가지 않는다. 제작된 탄소나노튜브 전계방출원은 전기적 후처리 기법을 통해서, 거의 같은 높이를 가지는 수직으로 선 탄소나노튜브가 형성되었고, 또한 대부분의 약하게 결합된 불순물들은 기판 상에서 제거된다. 결과적으로, 이러한 탄소나노튜브 전계방출원은 정상적인 동작 조건에서는 방전 현상이 나타나지 않으며, 이와 더불어 고의적으로 인가된 방전 현상에도 방출 전류가 일정하게 유지된다. 추가적인 실험으로, 인듐과 흑연 혼합물의 가열을 통해 독립된 그래핀 나노시트와 대면적/패턴된 그래핀 나노필름을 제작할 수 있는 간편하고 편리한 방법이 개발되었다. 흑연과 혼합된 인듐 입자는 촉매적 방법으로 흑연을 산화시키고, 이와 더불어 카본 옥사이드 기체를 생성한다. 이 카본 옥사이드 기체는 또한 인듐과 반응하여 그래핀 나노구조체를 성장시킨다. 이러한 그래핀 나노구조체의 형상은 인듐의 구조변화를 통해 조절될 수 있다: 인듐 입자를 이용할 경우 수직으로 선 그래핀 나노시트가 합성되고, 인듐 박막을 이용할 경우 그래핀 나노필름이 성장된다. 또한 이러한 제작과정 후, 인듐은 완전히 살아지고 고순도의 그래핀을 얻을 수 있었다. 그래핀 나노시트는 풍부한 모서리 구조 때문에 뛰어난 전계방출 성능을 보인다. 또한, 그래핀 나노필름은 기존의 환원된 그래핀 옥사이드에 비해 보다 뛰어난 전기전도도를 보여준다. 이와 더불어, 대면적의 균일한 그래핀 나노필름과 패턴된 그래핀 나노필름이 인듐 박막의 구조에 따라 각각 합성될 수 있다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DNQE 17010
형태사항 viii, 114 p. : 삽도 ; 30 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 하준목
지도교수의 영문표기 : Sung Oh Cho
지도교수의 한글표기 : 조성오
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 원자력및양자공학과,
서지주기 References : p. 101-106
주제 Carbon Nanotube
Graphene
Field emission
Vacuum breakdown
High stability
Metal binder
Electrical Conditioning
Miniature X-ray tube
Liquid metal catalyst
탄소나노튜브
그래핀
전계방출
방전
고안정성
금속접착제
전기적 후처리
초소형 X-선 튜브
액체 금속 촉매
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