Wykorzystanie metody elementu skończonego (MES) do analizy wyników emisji polowej

• Autorzy: Rymarczyk J. , Stępińska I.

Identyfikatory

DOI

10.15199/13.2015.1.2

Warianty tytułu

EN

The application of the finite element method (FEM) to analyze the results of field emission

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki symulacji oraz badań emisji polowej elektronów z warstw węglowo-niklowych zawierających nanorurki węglowe (warstwy CNT-Ni). Warstwy CNT-Ni otrzymuje się w wyniku procesu fizycznego jednoczesnego osadzania z fazy gazowej (metoda PVD) fulerenu C₆₀ i octanu niklu. Takie warstwy są modyfikowane metodą chemicznego osadzania z fazy gazowej (metoda CVD) ksylenu w podwyższonej temperaturze. Tak otrzymane warstwy nanorurek węglowych z nanoziarnami Ni wykazują emisję polową. Na podstawie symulacji metodą elementu skończonego (MES) rozkładu pola elektrycznego w układzie emitera z katodą z warstwy CNT-Ni można wnioskować, o rozkładzie wartości natężenia pola elektrycznego. Symulacje przeprowadzono przy zastosowaniu programu ANSYS. Zostało pokazane, że właściwości emisyjne warstw CNT-Ni zależą od morfologii i gęstości upakowania nanorurek na powierzchni.

EN

In this paper we present results of comparison of numerical simulation and experimental data for field emission studies of carbon-nickel nanocomposite films with different carbon nanotubes on surface (CNT-Ni film). Films were obtained by PVD method and next CVD modification. Finite Element Method (FEM) and ANSYS program (Ansys, Inc) were used to simulation of electric field distribution. Studies have shown that the emission properties of the CNT-Ni films depend on their morphology and topography. The experimental results and the modeling show that the better emission property has a film of rare spaced nanotubes than film with many nanotubes on surface.

Słowa kluczowe

PL

nanorurka; węgiel; nikiel; emisja polowa; metoda elementów skończonych

EN

nanotube; carbon; nickel; field emission; finite element method

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 56, nr 1
• Strony: 12--17
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., il., wykr.

Twórcy

autor

Rymarczyk J.

• Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa

autor

Stępińska I.

• Instytut Tele- i Radiotechniczny, Warszawa

Bibliografia

• [1] Y. Cheng, O. Zhou, Electron field emission from carbon nanotubes, Comptes Rendus Physique 4 (2003) 1021–1033.
• [2] H. S. Jang, H. R. Lee, D. H. Kim, Field emission properties of carbon nanotubes with different morphologies, Thin Solid Films 500 (2006) 124–128.
• [3] M. C. C. Lin, H. J. Lai, M. S. Lai et al., Characteristic of field emission from carbon nanotubes synthesized from different sources, Mater.Phys. Mech. 4 (2001) 138–142.
• [4] L. Chen, Z. Ji, J. Mi et al., Nonlinear characteristic of the Fowler-Nordheim plots of carbon nanotube field emission, Physica Scripta, 82 (2010) 035602.
• [5] F. H. Wang, T. C. Lin, S. D. Tzeng, Fabrication of carbon nanotubes field emission cathode by composite plating, J.Nanosci. Nanotechnol. 10 (2010) 1–5.
• [6] A. M. Rao, D. Jacques, R. C. Haddon, W. Zhu, C. Bower, S. Jin, In situ-grown carbon nanotube array with excellent field emission characteristics, Appl. Phys. Lett. 76, (2000) p. 3813.
• [7] N. de Jonge, J. M. Bonard, Carbon nanotube electron sources and applications, Phil. Trans. R. Soc. Lond. A 362, 2239–2266 (2004).
• [8] F. H. Kaatz et al., Diameter control and emission properties of carbon nanotubes grown using chemical vapor deposition, Materials Science and Engineering C 23, s. 141–146, 2003.
• [9] J. Gawąd, Modelowanie wieloskalowe metodą Automatów Komórkowych materiałów odkształcanych plastycznie, Praca doktorska AGH 2007.
• [10] R. Górski, Elastic properties of composites reinforced by wavy carbon nanotubes, Mechanics and Control 30 (4), s. 203–212, 2011.
• [11] M. N. Nahas, M. Abd-Rabou, Finite element modeling of carbon nanotubes, International Journal of Mechanical & Mechatronics IJMME-IJENS 10 (3), pp. 19–24, 2010.
• [12] A. Pantano et al., Mechanics of deformation of single- and multiwall carbon nanotubes, J. Mech. Phys. Solids 52, pp. 789–821, 2004.
• [13] T. S. Kim et al., Simulations of the Dielectric Constant of Bonding Materials and Field Emission Properties of CNT Cathodes, Metals and Materials International, 12 (4), pp. 339–343, 2006.
• [14] Q. Bao et al., Simulation for growth of multi-walled carbon nanotubes in electric field, Computational Materials Science 39, pp. 616–626, 2007.
• [15] V. I. Kleshch, A. N. Obraztsov, E. D. Obraztsova, Modeling of Field Emission from Nano Carbons, Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 16, pp. 116–120, 2008.
• [16] P. Dłużewski, M. Kozłowki, E. Czerwosz – Characterisation of cold electron emitting carbonaceous fims containing Ni metalic nanocrystals – Diamond and Related Materials 11(3–6),809, (2002).
• [17] E. Czerwosz, P. Dłużewski, T. Kutner, T. Stacewicz – Photoelectric work function studies of carbonaceous films containing Ni nanocrystals – Thin Solid Films 423,161–168 (2003).
• [18] E. Czerwosz, D. Vouagner, B. Champagnon, H. Wronka, P. Dłużewski, J.P. Girardeau-Montaut, Photoelectric properties of nanostructured carbonaceous films containing Ni-C nanocrystals investigated by picosecond laser induced photoelectric charge emission, Diamond and Rel.Mat. 13, 1437–1441, (2004).
• [19] E. Czerwosz, P. Dłużewski, M. Kozlowski, M. Nowicki, A. Richter, Topographical and morphological studies of the superficial structure changes during the growth of heterogeneous carbonaceous films with Ni nano-crystals inclusion, Vacuum 74, 311–315 (2004).
• [20] E. Czerwosz, P. A. Dłużewski, E. Kowalska, M. Kozłowski, J. Radomska – Electron emissive properties of CNT films grown by catalytic method on different types of substrates – Diamond & Related Mater., 13, 1008–1011 (2004).
• [21] E. Kowalska, P. Kowalczyk, J. Radomska, E. Czerwosz, H. Wronka, M. Bystrzejewski – Influence of High Vacuum Annealing Treatment on some Properties of Carbon Nanotubes, J. Therm. Anal. & Calorym., 86, 115–119 (2006).
• [22] R. Gronau, J. Szmidt, P. Firek, E. Czerwosz, D. Jarzyńska, E.Staryga – Study of the ability to field emission from diamondlike carbon layers and carbon nanotubes –VACUUM, 82(10), 962–965 (2008).
• [23] Kozlowski Miroslaw, Dluzewski Piotr, Kowalska Ewa, Czerwosz Elzbieta, Secondary electron microscopy and transmission electron microscopy studies of carbon nanotubes in C-Ni films, Central European Journal Of Physics, 9(2), 344–8 (2011).
• [24] R. H. Fowler, L. Nordheim, Electron Emission In Intense Electric Fields, Proc. Roy. – Soc. 119, p.173 (1928).
• [25] S. Podenok et al., Electric field enhancement factors around a metallic, end-capped cylinder, NANO: Brief Reports and Rev. Vol. 1(1), s. 87–93, 2006.