碳纳米管电特性测量技术的研究

论文摘要

碳纳米管以其优良的物理和化学特性受到了广泛关注,成为21世纪推动科技发展的新动力。在其各种突出的特性中又以电学特性尤为显著,在多个领域有着广泛的应用前景,如碳纳米管组成的场效应晶体管、电子场致发射、传感器等方面。因此,对碳纳米管基本电特性的研究是非常重要而且有意义的。本文在认真研究和分析国内外研究成果的基础上设计了测量碳纳米管基本电特性的系统。在利用现有实验室AFM的条件下,自行设计电极与电路系统。使用AFM来实现对碳纳米管的观察与操作,电路系统达到激励及测量碳纳米管的电特性的目的。在电路系统中,信号发生模块以FPGA为核心利用DDS技术可自行编程产生任意波形对碳纳米管进行激励,为更多探索碳纳米管电特性的提供了条件;测量模块中则实现了对微小直流交流电流的检测。实验表明该系统可行,能够完成对碳纳米管阻抗容抗测量,为后续的更多研究打好基础。本文完成的主要工作有:1)完成碳纳米管电特性测量系统的整体设计。包括系统总体设计方案,测量系统的三个组成部分。2)完成电路系统的硬件设计,设计了具体的硬件构成方案及器件的选型,分为信号发生模块与信号采集模块,实现对碳纳米管激励以及对微小电流信号的采集功能。3)完成基于FPGA的信号发生算法设计,包括使用Verilog编程对SRAM和DA的协调与控制,利用DDS技术产生正弦波形。4)完成基于FPGA的通讯算法设计,包括通过UART与上位机通讯,通过SPI对Flash完成读写操作。5)完成对碳纳米管的观察及推移操作,利用AFM将碳纳米管推为特定的形态。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 碳纳米管结构及特性
• 1.2 碳纳米管研究的发展现状
• 1.3 本课题研究的意义和主要内容
• 第二章 碳纳米管电特性测量系统原理分析及总体设计
• 2.1 碳纳米管电特性测量机理
• 2.2 测量系统构成及工作原理
• 第三章 电路系统的硬件设计
• 3.1 电路系统硬件的总体设计
• 3.2 信号发生模块的硬件设计
• 3.3 信号采集模块的硬件设计
• 第四章 测试系统的软件设计
• 4.1 信号发生模块软件设计
• 4.2 Matlab 产生波形数据程序设计
• 第五章 系统实验及数据分析
• 5.1 激励模块硬件调试
• 5.2 测量模块硬件调试
• 5.3 碳纳米管推移实验
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢