低消費電力で高出力電流を得るカーボンナノチューブ冷陰極電子源の開発

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11792003
• Research Institution: Mie University
• Principal Investigator: 齋藤 弥八 三重大学, 工学部, 教授 (90144203)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 秀樹 三重大学, 工学部, 助手 (40324545) ; 上村 佐四郎 伊勢電子工業(株), 技術部・取締役 ; 畑 浩一 三重大学, 工学部, 講師 (30228465)
• Keywords: カーボンナノチューブ / 電界放出 / 電子源 / 電流密度 / 輝度 / 電界イオン顕微鏡 / 五員環 / 光源管

Research Abstract

本年度は,ナノチューブ電子エミッタの基礎特性である電子のエネルギー分布,輝度および放射角電流密度の測定のほか,電界イオン顕微鏡法によるナノチューブ先端構造の原子分解能観察,および超高輝度ナノチューブ光源管の試作を行い,以下の成果を得た。
1.ナノチューブ電子源のエネルギー分布,輝度および放射角電流密度
1本の多層ナノチューブから放出されて電子のエネルギー幅は330meVで,タングステンなどの金属エミッタ(半値幅約200meV)に比べ,約1.5倍広く,また,主ピークから低エネルギー側0.5eV付近に肩が観察された。1つの五員環(面積約4×10^<-16>cm^2)から数十nAの電流が得られたが,これは,放出電流密度に換算すると10^8A/cm^2になる。また,放射角電流密度として10^<-7>A/srが得られたので,輝度に換算すると加速電圧100kVにおいて10^<10>A/cm^2・sr以上に相当する。
2.電界イオン顕微鏡法によるナノチューブ先端構造の原子分解能観察
先端の閉じた多層ナノチューブをエミッタとし,水素,ヘリウムあるいはネオンを結像ガスとする電界イオン顕微鏡法により,ナノチューブ先端の炭素五員環を原子分解能で観察する事に成功した。また,強電界下における電界蒸発によるナノチューブ先端の破損も観察した。
3.超高輝度ナノチューブ光源管の試作
高電圧蛍光表示管をベースにその構造に改良を加えるとともに,陰極にナノグラファイバーという特殊なカーボンナノチューブを使用することにより,超高輝度(1×10^6cd/m^2)の光源管を試作することに成功した。この光源管の輝度は従来の高電圧蛍光表示管のそれの10倍を超える。

Research Products

• [Publications] S.Hino: "Energy Distribution of Field Emitted Electrons from Multiwall-Carbon Nanotubes"Synthetic Metals. 121. 1213-1214 (2001)
• [Publications] K.Hata: "Field-Evaporation of Magic Cluster Ions, C_<20^+>, from Carbon Nanotubes"Scripta Materialia. 44. 1571-1574 (2001)
• [Publications] K.Hata: "Field Emission Microscopy of Adsorption and Desorption of Residual Gas Molecules on a Carbon Nanotubes Tip"Surface Science. 490. 296-300 (2001)
• [Publications] K.Hata: "Field Emission from Carbon Nanotubes with Clean Surfaces and Adsorbed Molecules"AIP Conference Proceedings Nanonetwork Materials. 590. 113-116 (2001)
• [Publications] C.Oshima: "Electron Emission Sites on Carbon Nanotubes and the Energy Spectra"Jpn. J. Appl. Phys. 40. 1257-1259 (2001)
• [Publications] Y.Saito: "Field Ion Microscopy of Multiwall Carbon Nanotubes : Observation of Pentagons and Cap Breakage under High Electric Field"Surface Science Lett.. 499(1). 119-123 (2002)
• [Publications] K.Hata: "Field emission from multiwall carbon nanotubes in controlled ambient gases, H_2, CO, N_2 and O_2"Ultramicroscopy. (印刷中). (2002)
• [Publications] A.Takakura: "Energy distributions of field emitted electrons from a multi-wall carbon nanotube"Ultramicroscopy. (印刷中). (2002)
• [Publications] Y.Saito: "Field Emission Properties of Carbon Nanotubes and their Application to Display Devices"Molecular Cryst. & Liguid Cryst.. (印刷中). (2002)
• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブ電界放出ディスプレイの最前線"機能材料. 21(5). 40-44 (2001)
• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブ電子源とFEDへの応用"月刊ディスプレイ. 7(7). 60-64 (2001)
• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブFEDの開発と実用化への課題"M&E(工業調査会). 28(7). 174-179 (2001)
• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブ膜の作製とその電界放出特性"表面技術. 52(10). 664-667 (2001)
• [Publications] 齋藤弥八: "希土類とカーボンナノチューブ"希土類. No.39. 51-55 (2001)
• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブの応用"マテリアルインテグレーション. 14(12). 13-16 (2001)
• [Publications] 余谷純子: "カーボンナノチューブを電子源とした超高輝度光源管"真空. 44(11). 956-962 (2001)
• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブの電子放出とその応用"材料科学. 38(6). 277-281 (2001)
• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブ"機能材料. 22(1). 39-43 (2002)
• [Publications] 齋藤弥八: "カーボンナノチューブフィールドエミッタ"表面科学. 23(1). 38-43 (2002)
• [Publications] 田中一義: "化学フロンティア2「カーボンナノチューブ, ナノデバイスへの挑戦」"化学同人. 213 (2001)
• [Publications] 小泉光恵: "ナノマテリアルの最新技術"シーエムシー. 340 (2001)
• [Publications] Eiji Ohsawa: "Perspectives of Fullerene Nanotechnology"Kluwer Academic Publishers. 375 (2002)