CN101181990A - 得自碳化物的碳、含其的冷阴极用发射体及电子发射装置 - Google Patents

Abstract

提供了得自碳化物的碳，其通过热化学反应碳化物化合物和含卤族元素的气体并提取除了碳原子之外的碳化物化合物的全部原子制备，其中当使用拉曼峰分析法分析该得自碳化物的碳时，在1590cm^－1的石墨G波段与在1350cm^－1的无序引发的D波段的强度比为0.3至5，其中该得自碳化物的碳的BET表面积是1000m²/g或更大，其中当使用X射线衍射法分析该得自碳化物的碳时，在2θ＝25°观察到石墨(002)面的弱峰或宽单峰，以及其中当使用电子显微法分析该得自碳化物的碳时，得自碳化物的碳的电子衍射图是代表无定形碳的晕图案。该发射体具有良好的均匀性和长寿命。可以使用比用于生产常规碳纳米管的方法更廉价的方法制备发射体。

Description

得自碳化物的碳、含其的冷阴极用发射体及电子发射装置

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年10月24日在俄罗斯专利局提交的俄罗斯专利申请No.2006137605和于2006年12月12日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.2006-126401的优先权，其公开内容整体引入本文中作为参考。

技术领域

本发明的若干方面涉及得自碳化物的碳(carbide derived carbon)，包含该得自碳化物的碳的冷阴极用发射体，以及包括该发射体的电子发射装置；更具体地，本发明涉及得自碳化物的碳，包含该得自碳化物的碳的冷阴极用发射体和包括该发射体的电子发射装置，该碳化物延生碳可以使用比用于生产常规的碳纳米管的方法更廉价的方法制备，其中本发明的纳米管具有良好的均匀性和长寿命。

背景技术

通常，电子发射装置可以区分为使用热阴极作为电子发射源的电子发射装置和使用冷阴极作为电子发射源的电子发射装置。使用冷阴极作为电子发射源的电子发射装置的实例包括场发射体阵列(FEA)型电子发射装置、表面导电发射体(SCE)型电子发射装置、金属绝缘体金属(MIM)型电子发射装置、金属绝缘体半导体(MIS)型电子发射装置、弹道电子表面发射(BSE)型电子发射装置等。

FEA型电子发射装置基于这样的原理工作，即低功函材料或高β函数材料作为电子发射源容易发射电子，因为真空条件下在两个或多个电极之间形成电场。最近，已经研制出尖形结构，该尖形结构主要由Mo、Si等；碳质材料，例如石墨、金刚石类碳(DLC)等形成；和纳米材料，例如纳米管、纳米线等作为FEA型电子发射装置的电子发射源。

在SCE型电子发射装置中，第一基板上的第一电极面对第一基板上的第二电极，具有细裂纹的导电薄膜位于第一和第二电极之间。这些细裂纹用作电子发射源。该结构中，当电压施加至该装置时，电流在导电薄膜表面中流动并且电子通过起电子发射源作用的细裂纹发射。

MIM型电子发射装置和MIS型电子发射装置分别包括具有金属-介电层-金属(MIM)结构的电子发射源，和具有金属-介电层-半导体(MIS)结构的电子发射源。这些装置基于这样的原理工作，即当在由介电层分开的金属之间或金属和半导体之间施加电压时，加速电子移动，并且其从具有较高电子电荷的金属或半导体发射至具有较低电子电荷的金属。

BSE型电子发射装置基于这样的原理工作，即当使半导体小型化至小于半导体电子的平均自由程的尺寸时，电子移动而没有被分散。特别地，在欧姆电极上形成由金属或半导体形成的电子提供层，在电子提供层上形成绝缘层和薄金属膜，并将电压施加至欧姆电极和薄金属膜，以发射电子。

此外，FEA型电子发射装置可以根据阴极和栅极位置分类为顶部栅极型电子发射装置和底部栅极型电子发射装置。此外，根据使用的电极数，FEA型电子发射装置可以分类为二极管电子发射装置、三极管电子发射装置、四极管电子发射装置等。

上述电子发射装置中，通常使用包括在发射体中的碳基材料，例如碳纳米管，其具有良好的导电性、电场强度(electric field concentration)、电发射性质和低功函。

然而，普通纤维型碳纳米管的场增强因子β很大。纤维型碳纳米管材料具有许多问题，例如不好的均匀性、短寿命等。当使用糊剂、油墨、浆料等生产纤维型碳纳米管时，与颗粒状的其它材料相比出现生产问题。此外，原料太昂贵。

最近，已经研究用来自便宜的碳化物基化合物的碳纳米管代替的材料，以克服这些缺点。具体地，韩国专利公开No.2001-13225公开了一种生产多孔碳产物的方法，包括使用碳前体形成具有迁移孔隙的工件，通过热化学处理工件在工件中形成纳米尺寸空隙，及使用产生的多孔碳产物作为用于导电层电容器的电极材料。同时，俄罗斯专利公开No.2249876公开了向冷阴极施加其中分布预定尺寸纳米孔隙的纳米多孔碳的方法。

发明内容

本发明的若干方面提供得自碳化物的碳、制备该得自碳化物的碳的方法、包含该得自碳化物的碳的冷阴极用发射体和包括该发射体的电子发射装置，该得自碳化物的碳可以使用比用于生产常规的碳纳米管的方法更廉价的方法制备，其中纳米管具有良好的均匀性和长寿命。

本发明的一个方面提供得自碳化物的碳，该得自碳化物的碳是通过首先热化学反应碳化物化合物与含卤族元素(VII族)的气体，然后提取除了碳原子之外的碳化物化合物的全部原子制备的，其中当使用拉曼(Raman)峰分析法分析产生的碳时，在1590cm^-1的石墨G波段与在1350cm^-1的无序引发的(disordered-induced)D波段的强度比为0.3至5。

本发明的另一方面提供得自碳化物的碳，该得自碳化物的碳是通过首先热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体，然后提取除了碳原子之外的碳化物化合物的全部原子制备的，其中产生的碳BET比表面积是1000m²/g或更大。

本发明的另一方面提供得自碳化物的碳，该得自碳化物的碳是通过首先热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体，然后提取除了碳原子之外的碳化物化合物的全部原子制备的，其中当使用X射线衍射法分析产生的碳时，在2θ＝25°观察到石墨(002)面的弱峰或宽单峰。

本发明的另一方面提供得自碳化物的碳，该得自碳化物的碳是通过首先热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体，然后提取除了碳原子之外的碳化物化合物的全部原子制备的，其中当使用电子显微法分析产生的碳时，所述得自碳化物的碳的电子衍射图是代表无定形碳的晕图案(halo Pattem)。

本发明的另一方面提供得自碳化物的碳，该得自碳化物的碳是通过热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体，及提取除了碳原子以外的碳化物化合物的全部原子制备的，其中当通过拉曼峰分析法分析该得自碳化物的碳时，在1590cm^-1的石墨G波段与在1350cm^-1的无序引发的D波段的强度比为0.3至5，用BET法分析的碳的比表面积是1000m²/g或更大，用X射线衍射法分析的碳晶体结构在2θ＝25°具有石墨(002)面的弱峰或宽单峰，并且当用电子显微法分析该得自碳化物的碳时，得自碳化物的碳的电子衍射图是无定形碳的晕图案。

本发明的又一方面提供制备得自碳化物的碳的方法，该方法包括热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体，及提取除了碳原子以外的碳化物化合物的全部原子。

本发明的另一方面提供包含所述得自碳化物的碳的冷阴极用发射体。

本发明的另一方面提供包括所述发射体的电子发射装置。

在随后的说明部分中，部分地阐述了本发明的其它方面和/或优点，并且其将从说明部分中显而易见，或者可以通过实践本发明来了解。

附图说明

根据结合附图的下列实施方式的说明，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得明显和更容易理解，附图中：

图1是说明无定形碳的常规纳米结构的图；

图2是根据本发明实施方式的得自碳化物的碳的拉曼峰分析结果的图。

图3和图4是根据本发明实施方式的得自碳化物的碳的X射线衍射结果的图；

图5是根据本发明实施方式的石墨晶体结构的图；

图6是常规的结晶石墨的X射线衍射结果的图；

图7是根据本发明实施方式得自碳化物的碳的透射电子显微(TEM)照片；

图8是根据本发明实施方式的电子发射装置的部分剖视图；

图9是根据本发明实施方式的对于得自碳化物的碳的作为电场函数的电流密度图；

图10和图11是根据本发明另一个实施方式的由合成的Al₄C₃得到的得自碳化物的碳的TEM照片；和

图12是根据本发明另一个实施方式的由合成的B4C得到的得自碳化物的碳的TEM照片。

具体实施方式

现在详细描述本发明实施方式，本发明的实施例在附图中说明，在附图中相同的附图标记全部是指相同的部件。以下参考附图说明实施方式以解释本发明。

根据本发明实施方式，提供了具有降低的生产成本和良好电子发射性质的得自碳化物的碳，使用该得自碳化物的碳的发射体，和包括该发射体的电子发射装置。

根据本发明一个实施方式，可以使用这样的方法制备得自碳化物的碳，其中使碳化物化合物与含卤素的气体热化学反应，提取除了碳原子以外的碳化物化合物的全部原子。如韩国专利公开No.2001-13225中所公开的，可以使用这样的方法制备得自碳化物的碳，该方法包括：i)形成由碳化物化合物颗粒构成的工件，该碳化物化合物具有预定迁移孔隙，和ii)用含卤素的气体在350至1200℃的温度下热化学处理该工件，以提取除了碳原子之外的工件的全部原子。因此，得自碳化物的碳在整个工件具有纳米孔隙。

例如，当利用拉曼峰分析使用上述方法制备的得自碳化物的碳时，在1590cm^-1的石墨G波段与在1350cm^-1的无序引发的D波段的强度比为0.3至5，或者BET表面积为1000m²/g或更大。第二，当使用X射线衍射法分析得自碳化物的碳时，可以在2θ＝25°观察到石墨(002)面的弱峰或宽峰。第三，当使用电子显微法分析得自碳化物的碳时，电子衍射图是代表无定形碳的晕图案。

通常，拉曼峰、X射线衍射法和电子显微法分析的结果通常用作结晶度的标准。能够看出，根据本发明这些实施方式的得自碳化物的碳具有这样的结构，其在与这些实施方式相关的短程内具有结晶度，该短程与用相同技术分析的无定形碳的短程类似。已经证明，具有在短程有序中的结晶度的无定形碳具有这样的结构，其中混合了弯曲石墨片和非包围孔隙的6元环形状的开孔(Enn Lust，等人，J.Electroanalytical Chem.，vol.586，p247，2006)。图1是上述参考文献中公开的无定形碳的纳米结构图。具有图1所示的结构的得自碳化物的碳具有良好的电子发射性质，并从开孔发射电子，该开孔具有非包围孔隙的6元环形状的结构，并垂直于得自碳化物的碳表面。

图2是根据本发明实施方式制备的得自碳化物的碳的拉曼峰分析图(在514.5nm，2mW，60秒(2次)，50×下分析)。参考图2，因为得自碳化物的碳在1350cm^-1的无序引发的D波段的强度为约1.75，并且在1590cm^-1的石墨G波段的强度为约1.70，所以能够看出石墨G波段的强度与无序引发的D波段的强度的比率I_G/I_D为约0.97。

图3和图4是根据本发明实施方式制备的得自碳化物的碳的X射线衍射图。参考图3和图4，得自碳化物的碳中，可以在2θ＝25°观察到石墨(002)面的弱峰。当石墨的晶体结构为图5所示的六棱柱时，石墨(002)面的峰为平行于六棱柱上表面发射的X射线衍射产生的峰。图6为常规的结晶石墨的X射线衍射分析图。参考图6，可以在2θ＝25°观察到常规的结晶石墨的非常强峰。然而，参考图3和图4，可以在2θ＝25°观察到根据本发明实施方式的得自碳化物的碳的非常弱峰。因此，根据本发明该实施方式的得自碳化物的碳具有不同的无定形性质，不同于常规的结晶石墨。

图7是根据本发明实施方式制备的得自碳化物的碳的透射电子显微(TEM)照片。参考图7，得自碳化物的碳的电子衍射图为晕-图案。结晶碳的电子衍射图中，分散了多个点。然而，图7所示的根据本发明实施方式的得自碳化物的碳的电子衍射图为晕图案，其为近圆的椭圆形，而不是多个点。因此，根据本发明该实施方式的得自碳化物的碳具有不同的无定形性质，不同于结晶碳。

根据本发明实施方式的用于制备发射体的组合物可以为分别与II、III、IV、V或VI族元素反应的碳化合物，并优选可以为金刚石型碳化物例如碳化硅或碳化硼；金属型碳化物例如碳化钛或碳化锆；碱金属型碳化物例如碳化铝或碳化钙；复合碳化物例如碳化钽钛或碳化钨钼；碳氮化物例如碳氮化钛或碳氮化锆；或者其混合物。含卤素的气体可以为Cl₂、TiCl₄或F₂。

此外，本发明提供了使用根据本发明另一个实施方式的制备得自碳化物的碳的方法制备的冷阴极用发射体。

根据本发明该实施方式的发射体为冷阴极用发射体。发射体通过光电发射、电场发射等发射电子，其中离子轰击之后通过二次电子发射和离子复合产生电子，而不是通过加热产生电子。该实施方式中，发射体包含根据本发明其它实施方式的得自碳化物的碳，其中得自碳化物的碳具有良好的电子发射性质。因此，发射体具有良好的电子发射效率。

使用非限定方法如下生产根据本发明实施方式电子发射装置，该方法包括制备用于形成发射体的组合物，及在基板上涂布和煅烧组合物等。

首先，制备用于形成发射体的组合物，该组合物包含根据本发明一方面的得自碳化物的碳以及载体。载体调节用于形成发射体的组合物的适印性和粘度，并包含树脂和溶剂成分。此外，用于形成发射体的组合物可以进一步包含光敏树脂、光引发剂、粘合剂成分、填料等。

然后，将用于形成发射体的组合物施加至基板。根据要形成电子发射装置的类型，可以改变其上形成发射体的基板，其中要选择的基板应该对于本领域的普通技术人员是显而易见的。例如，当生产栅极在阴极和阳极之间的电子发射装置时，基板可以是阴极。

根据用于形成发射体的组合物中是否包含光敏树脂，可以改变用于形成发射体的组合物向基板的涂布。首先，当用于形成发射体的组合物包含光敏树脂时，额外的光致抗蚀剂图案是不必要的。即，在基板上涂布包含光敏树脂的用于形成发射体的组合物后，根据所需发射体形成区域，曝光并显影用于形成发射体的组合物。当用于形成发射体的组合物不包含光敏树脂时，需要使用额外的光致抗蚀剂图案的光刻法。即，在基板上使用光致抗蚀剂薄膜形成光致抗蚀剂图案后，将用于形成发射体的组合物涂布至其上已经形成光致抗蚀剂图案的基板上。

如上所述，煅烧涂布至基板的用于形成发射体的组合物。由于煅烧，用于形成发射体的组合物中的碳基材料和基板之间的粘性增加。挥发许多载体，并熔化和固化其它无机粘合剂等，以提高发射体的耐用性。应该根据用于形成发射体的组合物中包含的载体的挥发温度和挥发时间，确定煅烧温度。可以在惰性气氛中进行煅烧，以抑制碳基材料的退化。惰性气体可以是例如氮气、氩气、氖气、氙气或至少两种上述气体的混合物。

为了垂直对准和暴露碳基材料的表面等，选择性地进行活化处理。根据本发明实施方式，将可以利用热处理固化的包含电子发射源表面处理材料的溶液例如聚酰亚胺类聚合物涂布在上述热处理的所得材料上，然后热处理该组合。随后，分层热处理薄膜。根据本发明另一个实施方式，在由预定驱动源驱动的辊表面上形成粘合剂成分，并通过施加预定压力至热处理的所得材料的表面，进行活化处理。通过该活化处理，得自碳化物的碳可以在发射体表面上暴露或垂直对准。

此外，本发明提供了一种电子发射装置，其包括本发明当前实施方式的发射体。

根据本发明实施方式的电子发射装置包括第一基板，在第一基板上形成的阴极和发射体，布置与阴极电绝缘的栅极，以及布置在阴极和栅极之间以使阴极和栅极绝缘的绝缘层。在这里，发射体包含如上所述得自碳化物的碳。

电子发射装置可以进一步包括在栅极的上表面形成的第二绝缘层，以使栅极绝缘。此外，可以作出多种改变。例如，因为用第二绝缘层使栅极绝缘，所以电子发射装置可以进一步包括平行于栅极设置的聚焦电极。

发射体可用于真空电气设备，例如平板显示器、电视、X射线管、发射门放大器(emission gate amplifier)等。

图8是说明根据本发明实施方式的电子发射装置200的局部剖视图。图8所示的电子发射装置200是三极管电子发射装置，其是代表性的电子发射装置。

参考图8，电子发射装置200包括顶板201和底板202。顶板201包括上部基板190，在上部基板190的下表面上形成的阳极180，和在阳极180的下表面180a上形成的磷光体层(phosphor layer)170。

底板202包括与上部基板190相对并平行于上部基板190形成的下部基板110使得在下部基板110和上部基板190之间形成预定间隔或发射空间210，在下部基板110上形成的细长形状的阴极120，为了叠置阴极120而形成的细长形状的栅极140，在栅极140和阴极120之间形成的绝缘层130，靠着绝缘层130和栅极140形成的发射体孔穴169，发射体孔穴169中形成的具有低于栅极140的高度的发射体160。将电流提供给阴极120。

在顶板201和底板202之间的发射空间210保持在压力低于环境空气压力的位置，并且在顶板201和底板202之间形成间隔物192，以保持顶板201和底板202之间的真空压力，以及保持发射空间210。

将高电压施加至阳极180，以加速从发射体160发射的电子，使得它们以高速碰撞磷光体层170。用电子激发磷光体层170，并且磷光体层170发射可见光线，从而电子从高能级下降至低能级。当电子发射装置200是有色电子发射装置时，在阳极180的下表面180a上形成磷光体层，其发射红色、绿色和蓝色光线进入多个构成单元像素的发射空间210。

栅极140使得电子容易从发射体160发出。绝缘层130确保隔开发射体孔穴169，并使发射体160与栅极140绝缘。

如上所述，发射体160包括得自碳化物的碳，其通过形成电场发射电子。

现在将参考下列实施例更详细描述本发明各方面。这些实施例仅用于说明性目的，而不是限定本发明的范围。

得自碳化物的碳的制备

实施例1

首先，在由石墨反应室、变压器等构成的高温炉中制备100g颗粒平均粒径为0.7μm的颗粒状α-SiC，作为碳前体。以每分钟0.5L的速度，将Cl₂气体施加至保持在1000℃的高温炉7小时。然后，通过使用热化学反应从碳前体提取硅，制备30g得自碳化物的碳。

使用拉曼峰分析、X射线衍射法和电子显微法分析得自碳化物的碳。I_G/I_D比率为0.5至1。可以在2θ＝25°观察到石墨(002)面的弱峰。电子衍射图是代表无定形碳的晕-图案。此外，根据Brunauer、Emmett和Teller的方法(BET法)，用该方法合成的得自碳化物的碳的比表面积为1000至1100m²/g。

实施例2

以和实施例1相同的方法制备13g得自碳化物的碳，除了使用100g颗粒平均粒径为3μm的颗粒状ZrC，作为起始碳化物化合物，并在600℃热处理5小时。使用拉曼峰分析法分析得自碳化物的碳。I_G/I_D比率为1至1.3。使用X射线衍射法，可以在2θ＝25°观察到石墨(002)面的弱单峰。此外，根据BET法，用该方法合成的得自碳化物的碳的比表面积是1200m²/g。

实施例3

以和实施例1相同的方法制备25g得自碳化物的碳，除了使用100g颗粒平均粒径为3μm的颗粒状Al₄C₃，作为起始碳化物化合物，并在700℃热处理5小时。使用拉曼峰分析法和X射线衍射法分析得自碳化物的碳。I_G/I_D比率为1至3.2。在2θ＝25°观察到石墨(002)面的弱单峰。使用高分辨率TEM分析得自碳化物的碳。可以观察到许多石墨条纹，如图10和图11所示。此外，根据BET法，用该方法合成的得自碳化物的碳的比表面积为1050至1100m²/g。

实施例4

以和实施例1相同的方法制备得自碳化物的碳，除了使用100g颗粒平均粒径为0.8μm的颗粒状B₄C，作为起始碳化物化合物，并在1000℃热处理3小时。使用拉曼峰分析法和X射线衍射法分析得自碳化物的碳。I_G/I_D比率为0.4至1。可以在2θ＝25°观察到石墨(002)面的弱峰。使用高分辨率TEM分析得自碳化物的碳。能够看出无定形开孔转变为石墨条纹，如图12所示。此外，根据BET法，用该方法合成的得自碳化物的碳的比表面积是1310m²/g。

对比例1

以和实施例1相同的方法制备得自碳化物的碳，除了使用具有纤维形状的β-SiC颗粒作为起始碳化物化合物。使用拉曼峰分析法分析得自碳化物的碳。I_G/I_D比率为0.5至0.8。得自碳化物的碳的颗粒直径为约200nm或更大。在这里，因为大直径，所以得自碳化物的碳颗粒没有垂直对准。结果，不能实现得自碳化物的碳的电场发射测量结果。

对比例2

以和实施例1相同的方法制备5.5g得自碳化物的碳，除了使用100g颗粒平均粒径为40μm的颗粒状MoC作为起始碳化物化合物。使用拉曼峰分析法分析得自碳化物的碳。I_G/I_D比率为0.3至0.8。根据BET法，得自碳化物的碳的表面积为800m²/g，即小于实施例1-4中得到的1000至1310m²/g的范围。

对比例3

以和实施例1相同的方法制备21g得自碳化物的碳，除了使用B₄C，即实施例4中使用的原材料，作为起始碳化物化合物，合成温度和反应时间分别为1300℃和12小时。使用拉曼峰分析法和X射线衍射法分析得自碳化物的碳。I_G/I_D比率为6至7。在2θ＝25°观察到石墨(002)面的窄峰。此外，得自碳化物的碳的比表面积为400m²/g，明显小于实施例1至4的比表面积。

表1列出了实施例1至4和对比例1至3的得自碳化物的碳的主要性质。

表1

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3
								起始碳化物化合物	α-SiC	ZrC	Al4C3	B4C	具有纤维型的β-SiC	MoC	B4C
颗粒的直径1)(μm)	0.7	3	3	0.8	Φ200nm	40	0.8
								晶系1)	六方	立方(等轴)	三方	三方	立方	斜方	三方
主要键1)	共价	离子	共价	共价	离子	离子	共价
								合成温度2)(℃)	1000	600	700	1000	1000	1000	1300
合成时间2)(小时)	7	5	5	3	7	7	12
								开口直径(nm)	0.7	0.6-1.2	1.5	4.0	0.7	4.0	4.0
根据BET法的得自碳化物的碳的比表面积(m2/g)	1000-1100	1200	1050	1310	1100	800	400
								等温氮吸附型	I3)	I3)	I3)	Ⅳ4)	I3)	Ⅳ4)	Ⅳ4)
开口体积(cm3)	0.58	0.64	0.86	0.75	0.55	0.54	0.77
								合成后的得自碳化物的碳的碳化物量(质量％)	29.8	13	25	20.8	29.8	5.5	21
IG/ID比率	0.5-1	1-1.3	1-3.2	0.4-1	0.5-0.8	0.3-0.8	6-7
								开启电场(V/μm)4)	5～8@1/500占空比	6～8@1/140占空比	7～10@1/140占空比	10-13@1/500占空比	没有发射	没有发射	没有发射
电场发射性质	100μA/cm2@10-13V/μm	100μA/cm2@11～14V/μm	100μA/cm2@12-15V/μm	100μA/cm2@13-16V/μm	-	-	-

1)起始碳化物化合物和得自碳化物的碳的性质(制备得自碳化物的碳后，起始碳化物化合物的颗粒直径没有改变)

2)用于得自碳化物的碳的合成条件

3)其中发生吸附而与氮气压力无关的类型。吸附是巨大的，并在特定点发生吸附

4)在中间开口出现毛细现象并且分离曲线高于吸附曲线而与相对压力无关的类型

5)在1/500占空比(duty ratio)下不发射电子，但是在1/140占空比下发射

如果分析实施例1至4和对比例1至3的得自碳化物的碳的物理性能和电场发射性质，观察到类似的拉曼I_G/I_D比率、XRD图形和TEM形态，但是电子发射性能不同。尽管在类似合成条件下合成得自碳化物的碳，仅原材料种类不同，但是因为碳和碳之间的距离、晶体的分布和得自合成的得自碳化物的碳的无定形物质的开口直径和体积，所以可以观察到不同的电场发射性质。然而，可以在大于1/140占空比下出现电场发射的碳材料碳化物包括这样的得自碳化物的碳，当使用拉曼峰分析法分析得自碳化物的碳时，在1590cm^-1的石墨G波段与在1350cm^-1的无序引发的D波段的强度比为0.3至5，其中碳具有1000m²/g和更大的比表面积，其中当使用X射线衍射法分析得自碳化物的碳时，得自碳化物的碳在2θ＝25°表现出石墨(002)面的弱或宽单峰，并且其中当使用电子显微法分析得自碳化物的碳时，得自碳化物的碳的电子衍射图表现出代表无定形碳的晕-图案。

发射体的制备和电子发射装置的生产

用6.5g丙烯酸酯粘合剂、5.5g乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、5.5g TEXANOL^(Eastman Chemical Co.)、1g光引发剂和1g作为增塑剂的二辛基邻苯二甲酸酯与各自分别包含1g实施例1至4和对比例1至3制备的得自碳化物的碳的组合物混合。然后使用3-辊磨碎机分散该混合物，直至获得较好混合的用于形成发射体的组合物(例如重复8次碾磨)。使用丝网印刷，将得到的组合物涂布至透明玻璃基板，在该玻璃基板上的混合物上面涂布氧化锡铟(ITO)电极(10×10mm)，并使组合物曝光至紫外线(500mJ)并显影。然后，首先在氮气氛下以450℃煅烧得到的产物，然后活化，以形成用于测量的冷阴极IV。使用发射体作为冷阴极，厚度为100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜作为间隔物，以及铜板作为阳极板，制得电子发射装置。

电子发射装置的性能评价

通过施加脉冲宽度为20μs和频率为100Hz的占空比(占空比为1/500)下的脉冲电压，测量所生产的电子发射装置的发射电流密度。对于实施例1，电子发射装置在5.8至7.5V/μm的电场下导通，并在约11.2V/μm的电场下，通过达到100μm/cm²的电流密度，表现出优异的电子发射性能，如图9所示。

相对于其它得自碳化物的碳样品，得到相似的性能测量结果，并概括于表1中。

如上所述，根据本发明的各方面的发射体具有良好的均匀性和长寿命。

可以使用比用于生产常规碳纳米管的方法更廉价的方法制备发射体。

虽然已经参考其示范性实施方式具体地列出并描述了本发明的各方面，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离所附的权利要求书定义的本发明精神和范围的情况下，可以作出多种形式和细节改变。

Claims (28)

1.得自碳化物的碳，其通过热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体并提取除了碳原子以外的碳化物化合物的全部原子制备，

其中当通过拉曼峰分析法分析该得自碳化物的碳时，在1590cm^-1的石墨G波段与在1350cm^-1的无序引发的D波段的强度比为0.3至5。

2.权利要求1的得自碳化物的碳，其中该碳化物化合物是其中碳和II、III、IV、V或VI族元素结合的化合物。

3.权利要求2的得自碳化物的碳，其中该碳化物化合物是选自碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化锆、碳化铝、碳化钙、碳化钽钛、碳化钨钼、碳氮化钛和碳氮化锆的至少一种化合物。

4.权利要求1的得自碳化物的碳，其中该含卤族元素的气体是Cl₂、TiCl₄或F₂气体。

5.得自碳化物的碳，其通过热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体并提取除了碳原子以外的碳化物化合物的全部原子制备，

其中用BET法分析的碳的比表面积是1000m²/g或更大。

6.权利要求5的得自碳化物的碳，其中该碳化物化合物是其中碳和II、III、IV、V或VI族元素结合的化合物。

7.权利要求6的得自碳化物的碳，其中该碳化物化合物是选自碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化锆、碳化铝、碳化钙、碳化钽钛、碳化钨钼、碳氮化钛和碳氮化锆的至少一种化合物。

8.权利要求5的得自碳化物的碳，其中该含卤族元素的气体是Cl₂、TiCl₄或F₂气体。

9.得自碳化物的碳，其通过热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体并提取除了碳原子以外的碳化物化合物的全部原子制备，

其中用X射线衍射法分析的碳晶体结构在2θ＝25°具有石墨(002)面的弱峰或宽单峰。

10.权利要求9的得自碳化物的碳，其中该碳化物化合物是其中碳和II、III、IV、V或VI族元素结合的化合物。

11.权利要求10的得自碳化物的碳，其中该碳化物化合物是选自碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化锆、碳化铝、碳化钙、碳化钽钛、碳化钨钼、碳氮化钛和碳氮化锆的至少一种化合物。

12.权利要求9的得自碳化物的碳，其中该含卤族元素的气体是Cl₂、TiCl₄或F₂气体。

13.得自碳化物的碳，其通过热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体并提取除了碳原子以外的碳化物化合物的全部原子制备，

其中当用电子显微法分析该得自碳化物的碳时，得自碳化物的碳的电子衍射图是无定形碳的晕图案。

14.权利要求13的得自碳化物的碳，其中该碳化物化合物是其中碳和II、III、IV、V或VI族元素结合的化合物。

15.权利要求14的得自碳化物的碳，其中该碳化物化合物是选自碳化硅、碳化硼、碳化钛、碳化锆、碳化铝、碳化钙、碳化钽钛、碳化钨钼、碳氮化钛和碳氮化锆的至少一种化合物。

16.权利要求13的得自碳化物的碳，其中该含卤族元素的气体是Cl₂、TiCl₄或F₂气体。

17.得自碳化物的碳，其通过热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体并提取除了碳原子以外的碳化物化合物的全部原子制备，

其中当通过拉曼峰分析法分析该得自碳化物的碳时，在1590cm^-1的石墨G波段与在1350cm^-1的无序引发的D波段的强度比为0.3至5，用BET法分析的碳的比表面积是1000m²/g或更大，用X射线衍射法分析的碳晶体结构在2θ＝25°具有石墨(002)面的弱峰或宽单峰，并且当用电子显微法分析该得自碳化物的碳时，得自碳化物的碳的电子衍射图是无定形碳的晕图案。

18.制备权利要求1至17中任一项的得自碳化物的碳的方法，该方法包括热化学反应碳化物化合物与含卤族元素的气体，及提取除了碳原子以外的碳化物化合物的全部原子。

19.一种冷阴极用发射体，包含权利要求1的得自碳化物的碳。

20.一种电子发射装置，包含权利要求19的发射体。

21.一种冷阴极用发射体，包含权利要求5的得自碳化物的碳。

22.一种电子发射装置，包含权利要求21的发射体。

23.一种冷阴极用发射体，包含权利要求9的得自碳化物的碳。

24.一种电子发射装置，包含权利要求23的发射体。

25.一种冷阴极用发射体，包含权利要求13的得自碳化物的碳。

26.一种电子发射装置，包含权利要求25的发射体。

27.一种冷阴极用发射体，包含权利要求17的得自碳化物的碳。

28.一种电子发射装置，包含权利要求27的发射体。

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