二维与三维碳纳米管场发射电场强度对比研究

本文主要探讨了二维与三维模型在计算碳纳米管场发射显示器中电场强度的应用及其比较研究。随着碳纳米管场发射显示器因其诸多优点如轻质、薄型、高亮度和高分辨率等，引起了广泛的关注，其性能很大程度上依赖于碳纳米管尖端的电场强度，因为阴极发射电流与表面场强有显著的关系。 作者张健华、田昌会、范琦和莫卫东针对这一问题，通过建立二维模型单根碳纳米管、三维模型单根碳纳米管以及单碳纳米墙模型，利用Ansys Maxwell有限元数值仿真软件进行了详细的模拟。他们发现，尽管二维模型在计算上可能更为便捷，但它所得到的结果实际上代表的是碳纳米墙的场发射效应，而非真正的三维碳纳米管场发射。这意味着，二维模型下的电场强度预测与三维空间中的实际情况存在偏差。 具体来说，他们发现通过二维模型计算的碳纳米管尖端电场强度仅为三维空间中实际值的四分之一。这强调了在精确评估碳纳米管场发射显示器性能时，使用三维模型的重要性，因为它能更准确地反映真实物理条件下的电场分布。 然而，三维模型的计算复杂度较高，基于有限元方法的数值仿真过程通常涉及麦克斯韦微分方程的离散化，转化为矩阵求解，这无疑增加了计算的工作量。但为了确保设计的精确性和器件性能，这种计算的准确性是必不可少的。 该研究提醒工程师们在设计碳纳米管场发射显示器时，需要权衡计算效率与精度，尤其是在涉及关键参数如电场强度时，选择合适的模型至关重要。尽管二维模型可以提供一定程度的简化，但三维模型对于准确评估和优化这类高性能显示设备具有不可替代的价值。