Abstrakt
Electron emission signifies an important mechanism facilitating the enlargement of devices that have modernized large parts of science and technology. Today, the search for innovative electron emission devices for imaging, sensing, electronics, and high-energy physics continues. Integrating two materials with dissimilar electronic properties into a hybrid material is an extremely sought-after synergistic approach envisioning a superior field electron emission (FEE) material. An innovation is described regarding the fabrication of a nanostructured carbon hybrid resulting from the one-step growth of boron doped nanocrystalline diamond (BNCD) and carbon nanospikes (CNSs) by a microwave plasma enhanced chemical vapor deposition technique. Spectroscopic and microscopic tools are used to investigate the morphological, bonding, and microstructural characteristics related to the growth mechanism of these hybrids. Utilizing the benefits of both the sharp edges of the CNSs and the high stability of BNCD, a promising FEE performance with a lower turn-on field of 1.3 V um-1, a higher field enhancement factor of 6780, and a stable FEE current stability lasting for 780 min is obtained. The microplasma devices utilizing these hybrids as a cathode illustrate a superior plasma illumination behavior. Such hybrid carbon nanostructures, with superb electron emission characteristics, can encourage the enlargement of several electron emission device technologies.
Cytowania
-
1 4
CrossRef
-
0
Web of Science
-
1 3
Scopus
Autorzy (11)
Cytuj jako
Pełna treść
- Wersja publikacji
- Accepted albo Published Version
- Licencja
- Copyright (2019 American Chemical Society)
Słowa kluczowe
Informacje szczegółowe
- Kategoria:
- Publikacja w czasopiśmie
- Typ:
- artykuły w czasopismach
- Opublikowano w:
-
ACS Applied Materials & Interfaces
nr 11,
strony 48612 - 48623,
ISSN: 1944-8244 - Język:
- angielski
- Rok wydania:
- 2019
- Opis bibliograficzny:
- Kamatchi S., Ficek M., Kalpataru P., Yeh C., Mirosław S., Ryl J., Leou K., Young Park J., Lin I., Bogdanowicz R., Haenen K.: Boron doped Nanocrystalline Diamond-Carbon Nanospike Hybrid Electron Emission Source// ACS Applied Materials & Interfaces -Vol. 11,iss. 51 (2019), s.48612-48623
- DOI:
- Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.1021/acsami.9b17942
- Bibliografia: test
-
- Zhang, Q.; Wang, X.; Meng, P.; Yue, H.; Zheng, R.; Wu, X.; Cheng, G. High Current Density and Low Emission Field of Carbon Nanotube Array Microbundle. Appl. Phys. Lett. 2018, 112, 013101. otwiera się w nowej karcie
- Deshmukh, S.; Sankaran, K. J.; Srinivasu, K.; Korneychuk, S.; Banerjee, D.; Barman, A.; otwiera się w nowej karcie
- Bhattacharya, G.; Phase, D. M.; Gupta, M.; Verbeeck, J.; Leou, K. C.; Lin, I. N.; Haenen, K.; Roy, S. S. Local Probing of the Enhanced Field Electron Emission of Vertically Aligned Nitrogen-doped Diamond Nanorods and Their Plasma Illumination Properties. Diamond Relat.
- Mater. 2018, 83, 118125. otwiera się w nowej karcie
- Zhou, S.; Chen, K.; Cole, M. T.; Li, Z.; Chen, J.; Li, C.; Dai, Q. Ultrafast Field Emission Electron Sources Based on Nanomaterials. Adv. Mater. 2019, 1805845. otwiera się w nowej karcie
- Giubileo, F.; Bartolomeo, A. D.; Iemmo, L.; Luongo, G.; Urban, F. Field Emission from Carbon Nanostructures. Appl. Sci. 2018, 8, 526. otwiera się w nowej karcie
- Sankaran, K. J.; Srinivasu, K.; Leou, K. C.; Tai, N. H.; Lin, I. N. High Stability Electron otwiera się w nowej karcie
- Field Emitters Made of Nanocrystalline Diamond Coated Carbon Nanotubes. Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 251601. otwiera się w nowej karcie
- Chang, T.; Lu, F.; Kunuku, S.; Leou, K.; Tai, N.; Lin, I. Enhanced Electron Field Emission Properties from Hybrid Nanostructures of Graphene/Si Tip Array. RSC Adv. 2015, 5, 2922933. otwiera się w nowej karcie
- Varshney, D.; Rao, C. V.; Mendoza, F.; Perez, K.; Guinel, M. J.-F.; Ishikawa, Y.; otwiera się w nowej karcie
- Weiner, B. R.; Morell, G. Electron Emission of Graphene-Diamond Hybrid Films Using Paraffin Wax as Diamond Seeding Source. World J. Nano Sci. Engg. 2012, 2, 126133.
- Chang, I. L.; Tsai, P. H.; Tsai, H. Y. Field Emission Characteristics of CNFB-CNT otwiera się w nowej karcie
- Hybrid Material Grown by One-step MPCVD. Diamond Relat. Mater. 2016, 69, 229236. otwiera się w nowej karcie
- Tsai, P. H.; Tsai, H. Y. Fabrication and Field Emission Characteristic of Microcrystalline Diamond/Carbon Nanotube Double Layered Pyramid Arrays. Thin Solid Films 2015, 584, 330335. otwiera się w nowej karcie
- Chang, T. H.; Hsieh, P. Y.; Kunuku, S.; Lou, S. C.; Manoharan, D.; Leou, K. C.; Lin, I. otwiera się w nowej karcie
- N. ; Tai, N. H. High Stability Electron Field Emitters Synthesized via The Combination of Carbon Nanotubes and N2-Plasma Grown Ultrananocrystalline Diamond Films. ACS Appl. otwiera się w nowej karcie
- Mater. Interfaces 2015, 7, 2752627538.
- Yuge, R.; Miyawaki, J.; Ichihashi, T.; Kuroshima, S.; Yoshitake, T.; Ohkawa, T.; Aoki, Y.; Iijima, S.; Yudasaka, M. Highly Efficient Field Emission from Carbon Nanotube-Nanohorn Hybrids Prepared by Chemical Vapor Deposition. ACS Nano 2010, 12, 73377343. otwiera się w nowej karcie
- Dai, W.; Chung, C. Y.; Alam, F. E.; Hung, T. T.; Sun, H.; Wei, Q.; Lin, C. T.; Chen, S. otwiera się w nowej karcie
- K.; Chin, T. S. Superior Field Emission Performance of Graphene/Carbon Nanofilament Hybrids Synthesized by Electrochemical Self-exfoliation. Mater. Lett. 2017, 205, 223225. (21) Xiao, X.; Auciello, O.; Cui, H.; Lowndes, D. H.; Merkulov, V. L.; Carlisle, J. Synthesis and Field Emission Properties of Hybrid Structures of Ultrananocrystalline Diamond and Vertically Aligned Carbon Nanofibers. Diamond Relat. Mater. 2006, 15, 244247.
- Zou, Y.; May, P. W.; Vieira, S. M. C.; Fox, N. A. Field Emission from Diamond-Coated Multiwalled Carbon Nanotue "teepee" Structures. J. Appl. Phys. 2012, 112, 044903. (23) Zanin, H.; May, P. W.; Hamanaka, M. H. M. O.; Corat, E. J. Field Emission from Hybrid Diamond-like Carbon and Carbon Nanotube Composite Structures. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 1223812243.
- Uppireddi, K.; Weiner, B. R.; Morell, G. Field Emission Stability and Properties of Simultaneously Grown Microcrystalline Diamond and Carbon Nanostructure Films. J. Vac. Sci. Tech. B 2010, 28, 12021205. otwiera się w nowej karcie
- Koh, A. T. T.; Chen, T.; Pan, L.; Sun, Z.; Chua, D. H. C. Effective Hybrid otwiera się w nowej karcie
- Graphene/Carbon Nanotubes Field Emitters by Electrophoretic Deposition. J. Appl. Phys. 2013, 113, 174909. otwiera się w nowej karcie
- Liu, J.; Zeng, B.; Wang, X.; Wang, W.; Shi, H. One-step Growth of Vertical Graphene Sheets on Carbon Nanotubes and Their Field Emission Properties. Appl. Phys. Lett. 2013, 103, 053105. otwiera się w nowej karcie
- Nguyen, D. D.; Lai, Y. T.; Tai, N. H. Enhanced Field Emission Properties of a Reduced Graphene oxide/Carbon Nanotube Hybrid Film. Diamond Relat. Mater. 2014, 47, 1-6. otwiera się w nowej karcie
- Sankaran, K. J.; Yeh, C. J.; Drijkoningen, S.; Pobedinskas, P.; Van Bael, M. K.; Leou, K. otwiera się w nowej karcie
- C.; Lin, I. N.; Haenen, K. Enhancement of Plasma Illumination Characteristics of Few-layer
- Graphene Diamond Nanorods Hybrid. Nanotechnology 2017, 28, 065701. otwiera się w nowej karcie
- Piazza, F.; Golanski, A.; Schulze, S.; Relihan, G. Transpolyacetylene Chains in otwiera się w nowej karcie
- Hydrogenated Amorphous Carbon Films Free of Nanocrystaline Diamond. Appl. Phys. Lett. 2003, 82, 358360. otwiera się w nowej karcie
- Nemanich, R. J.; Solin, S. A. First-and Second-order Raman Scattering from Finite-size Crystals of Graphite. Phys. Rev. B 1979, 20, 392401. otwiera się w nowej karcie
- Bokobza, L.; Zhang, J. Raman Spectroscopic Characterization of Multiwall Carbon Nanotubes and of Composites. Express Polym. Lett. 2012, 6, 601608. otwiera się w nowej karcie
- Sobaszek, M.; Siuzdak, K.; Ryl. J.; Sawczak, M.; Gupta, S.; Carrizosa, S. B.; Ficek, M.; Dec, B.; Darowicki, K.; Bogdanowicz, R. Diamond Phase (sp 3 -C) Rich Boron-Doped Carbon Nanowalls (sp 2 -C): Physicochemical and Electrochemical Properties. J. Phys. Chem. otwiera się w nowej karcie
- C. 2017, 121, 2082120833.
- Veetil, M. K. K.; Gamache, R. M.; Bernstein, N.; Goswami, R.; Qadri, S. B.; Fears, K.
- P.; Miller, J. B.; Glaser, E. R.; Keller, T. M. Substitution of Silicon Within the Rhombohedral Boron Carbide (B 4 C) Crystal Lattice Through High-Energy Ball Milling. J. Mater. Chem. C. 2015, 3, 1170511716.
- Wang, K.; Kang, X.; Kang, Q.; Zhong, Y.; Hu, C.; Wang, P. Improved Reversible Dehydrogenation of 2LIBH4-MgH2 Composite by the Controlled Formation of Transition Metal Boride. J. Mater. Chem. A. 2014, 2, 21462151. (35) Cermignani, W.; Paulson, T. E.; Onneby, C.; Pantano, C. G. Syntheis and Characterization of Boron-doped Carbons. Carbon 1995, 33, 367374.
- Siuzdak, K.; Ficek, M.; Sobaszek, M.; Ryl, J.; Gnyba, M.; Niedzialkowski, P.; Malinowska, N.; Karczewski, J.; Bogdanowicz, R. Boron-Enhanced Growth of Micron-Scale Carbon-Based Nanowalls: A Route Toward High Rates of Electrochemical Biosensing. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 1298212992. otwiera się w nowej karcie
- Chaudhari, N. K.; Song, M. Y.; Yu, J. S. Heteroatom-doped Highly Porous Carbon from Human Urine. Sci. Rep. 2014, 4, 5221. otwiera się w nowej karcie
- Yang, J.; Xu, M.; Wang, J.; Jin, S.; Tan, B. A Facile Approach to Prepare Multiple Heteroatom-Doped Carbon Materials from Imine-Linked Porous Organic Polymers. Sci. Rep. 2018, 8, 4200. otwiera się w nowej karcie
- Sankaran, K. J.; Ficek, M.; Kunuku, S.; Panda, K.; Yeh, C. J.; Park, J. Y.; Sawczak, M.; otwiera się w nowej karcie
- Michałowski, P. P.; Leou, K. C.; Bogdanowicz, R.; Lin, I. N.; Haenen, K. Self-organized Multi- layered Graphene-Boron Doped Diamond Hybrid Nanowalls for High-Performance Electron Emission Devices. Nanoscale 2018, 10, 13451355.
- Chubenko, O.; Baturin, S. S.; Baryshev, S. V. Scanning Probe Microscopy and Field Emission Schemes for Studying Electron Emission from Polycrystalline Diamond. Appl. Phys. Lett. 2016, 109, 113102. otwiera się w nowej karcie
- Wisitsoraat, A.; Kang, W. P.; Davidson, J. L.; Li, Q.; Xu, J. F.; Kerns, D. V. Efficient Electron Emitter Utlizing Boron-doped Diamond Tips with sp 2 Content. Appl. Surf. Sci. 1999, 146, 280286. otwiera się w nowej karcie
- Kwon, S. J.; Shin, Y. H.; Asalm, D. M.; Lee, J. D. Field Emission Properties of the
- Polycrystalline Diamond Film Prepared by Microwave-Assisted Plasma Chemical Vapor Deposition. J. Vac., Sci. Technol. B 1998, 16, 712715. otwiera się w nowej karcie
- Lee, Y. C.; Lin, S. J.; Lin, I. N.; Cheng, H. F. Effect of Boron Doping on the Electron- Field-Emission Properties of Nanodiamond Films. J. Appl. Phys. 2005, 97, 054310. (44) Panda, K.; Jeong, J. H.; Park, J. Y.; Sankaran, K. J.; Sundaravel, B.; Lin, I. N. Nanoscale Investigation of Enhanced Electron Field Emission for Silver Ion Implanted/Post-annealed Ultrananocrystalline Diamond Films. Sci. Rep. 2017, 7, 16325.
- Schoenbach, K. H.; Becker, K. 20 years of Microplasma Research: A Status Report. Eur. otwiera się w nowej karcie
- Phys. J. D 2016, 70, 29.
- Ostrikov, K. Control of Energy and Matter at Nanoscales: Challenges and Opportunities for Plasma Nanoscience in a Sustainability Age. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011, 44, 174003. (48) Barekzi, N.; Laroussi, M. Effect of Low Temperature Plasmas on Cancer Cells. Plasma Process. Polym. 2013, 10, 10391050. otwiera się w nowej karcie
- Saravanan, A.; Huang, B. R.; Manoharan, D.; Lin, I. N. High-Performance Electron Field Emitters and Microplasma Cathodes Based on Conductive Hybrid Granular Structured Diamond Materials. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 49164925. otwiera się w nowej karcie
- Venkatraman, V.; Garg, A.; Peroulis, D. Direct Measurements and Numerical Simulations of Gas Charging in Microelectromechanical System Capacitive Switches. Appl. Phys. Lett. 2012, 100, 083503. otwiera się w nowej karcie
- Kalita, G.; Wakita, K.; Umeno, M. Low Temperature Growth of Graphene Film by otwiera się w nowej karcie
- Microwave Assisted Surface Wave Plasma CVD for Transparent Electrode Application. RSC Adv. 2012, 2, 28152820. otwiera się w nowej karcie
- Kovarik, P.; Bourdon, E. B. D.; Prince, R. H. Electron-Energy-Loss Characterization of Laser-Deposited a-C, a-C:H, and Diamond Films. Phys. Rev. B:Condens. Matter 1993, 48, 12123. otwiera się w nowej karcie
- Prawer, S.; Peng, J. L.; Orwa, J. O.; McCallum, J. C.; Jamieson, D. N.; Bursill, L. A. Size Dependence of Structural Stability in Nanocrystalline Diamond. Phys. Rev. B: Condens.Matter 2000, 62, R16360 otwiera się w nowej karcie
- Kurian, J.; Sankaran, K. J.; Thomas, J. P.; Tai, N. H.; Chen, H. C.; Lin, I. N. The Role of Nanographitic Phase on Enhancing the Electron Field Emission Properties of Hybrid Granular Structured Diamond Films: The Electron Energy Loss Spectroscopic Studies. J. Phys. D: Appl. Phys. 2014, 47, 415303. otwiera się w nowej karcie
- Hirai, H.; Kondo, K. Modified Phases of Diamond Formed Under Shock Compression and Rapid Quenching. Science 1991, 253, 772774. otwiera się w nowej karcie
- Sankaran, K. J.; Kumar, N.; Kurian, J.; Ramadoss, R.; Chen, H. C.; Dash, S.; Tyagi, A. otwiera się w nowej karcie
- K.; Lee, C. Y.; Tai, N. H.; Lin, I. N. Improvement in Tribological Properties by Modification of otwiera się w nowej karcie
- Grain Boundary and Microstructure of Ultrananocrystalline Diamond Films. ACS Appl. Mater. Interfaces 2013, 5, 36143624. otwiera się w nowej karcie
- Sankaran, K. J.; Huang, B. R.; Saravanan, A.; Manoharan, D.; Tai, N. H.; Lin, I. N. otwiera się w nowej karcie
- Nirogen-Incorporated Ultrananocrystalline Diamond Microstructures From Bias-Enhanced
- Microwave N 2 /CH 4 -Plasma Chemical Vapor Deposition. Plasma Process. Polym. 2016, 13, 419. (58) Saravanan, A.; Huang, B. R.; Sankaran, K. J.; Kunuku, S.; Dong, C. L.; Leou, K. C.; Tai, N. H.; Lin, I. N. Bias-enhanced Nucleation and Growth Processes for Ultrananocrystalline Diamond Films in Ar/CH4 Plasma and Their Enhanced Plasma Illumination Properties. ACS Appl. Mater. Interfaces 2014, 6, 1056610575. otwiera się w nowej karcie
- Butler, J. E.; Oleynik, I. A Mechanism for Crystal Twinning in the Growth of Diamond by Chemical Vapor Deposition. Philos. Trans. R. Soc. Lond. Math. Phys. Eng. Sci. 2008, 366, 295. otwiera się w nowej karcie
- Bogdanowicz, R.; Sobaszek, M.; Ryl, J.; Gnyba, M.; Ficek, M.; Golunski, L.; Bock, W. otwiera się w nowej karcie
- J.; Smietana, M.; Darowicki, K. Improved Surface Coverage of an Optical Fibre with Page 40 of 42
- ACS Paragon Plus Environment ACS Applied Materials & Interfaces otwiera się w nowej karcie
- Źródła finansowania:
- Weryfikacja:
- Politechnika Gdańska
Powiązane datasety
wyświetlono 121 razy
Publikacje, które mogą cię zainteresować
Self-organized multilayered graphene-boron doped diamond hybrid nanowalls for high performance electron emission devices
- K. J. Sankaran,
- M. Ficek,
- S. Kunuku
- + 9 autorów
Single-step grown boron doped nanocrystalline diamond-carbon nanograss hybrid as an efficient supercapacitor electrode
- D. Banerjee,
- K. J. Sankaran,
- S. Deshmukh
- + 8 autorów