CN101388310A - 场发射体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种场发射体，该场发射体包括一基底、一阴极层位于该基底表面及一碳纳米管复合层位于上述阴极层表面，其中，该碳纳米管复合层的表面包括至少一个突起部，该突起部包括至少一个碳纳米管从突起部突出。一种场发射体的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管浆料；提供一基底及一阴极层，该阴极层形成于该基底上；将上述碳纳米管浆料涂敷于一阴极层上，冷却后，形成一碳纳米管复合层于阴极层上；以一定功率和扫描速度的激光照射碳纳米管复合层表面形成场发射体。

Description

场发射体及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种场发射体及其制备方法。
背景技术
碳纳米管是一种新型碳材料，由日本研究人员Iijima于1991年发现，请参见“Helical microtubules of graphitic carbon”，S Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)。碳纳米管具有优异的导电性能，且其具有几乎接近理论极限的尖端表面积(尖端表面积愈小，其局部电场愈集中)，所以碳纳米管是已知的最好的场发射材料，它具有极低的场发射电压，可传输极大的电流密度，并且电流极稳定，因此非常适合做场发射材料。
目前，将碳纳米管用作场发射的方法主要有直接生长法和印刷法。其中，直接生长法通常采用化学气相沉积法生长碳纳米管阵列作为发射体，其优点为场发射性能好，其缺点是碳纳米管末端通常发生弯曲，互相交织，为形成良好的发射尖端，需要对碳纳米管阵列进行后续处理，将碳纳米管阵列的毛糙表面除去，形成竖直的发射尖端，该工艺较复杂，且采用这种化学气相沉积法难以做成大面积均匀的发射体。
印刷法是将含有碳纳米管的导电浆料或者有机粘结剂印刷成图形，这种方法需要引入后续处理方法，因为制备用于场发射材料的碳纳米管浆料时，通常采用的方式是把碳纳米管混合到浆料中，或者混合到光刻胶中，这种混合使碳纳米管埋藏在导电浆料层内部，因此需要剥离一层导电浆浆层，使碳纳米管从导电浆料中露出头来成为发射体请参阅图1中的发射体结构100，在基底102上形成一阴极层104，将含有碳纳米管110、粘结剂106和导电物质108的碳纳米管浆料涂在阴极层104上之后经处理得碳纳米管复合层112，碳纳米管110埋藏在粘结剂106和导电物质108的内部。目前采用的碳纳米管复合层的后处理工艺有印刷加压法、表面摩擦法、等离子刻蚀法等。但这些方法一般操作比较复杂，无法实现碳纳米管印刷层表面图形的可控性或者可控性较差，且对碳纳米管造成一定的破坏。请参阅图2，采用传统的后处理工序处理之后，碳纳米管114虽然可以从碳纳米管复合层112表面露出头来，但是由于碳纳米管114在处理过程中受到破坏，其长度往往会减小，因此，碳纳米管114的场发射平面低于碳纳米管复合层112的平面，将此发射体用作阴极时，碳纳米管114的场发射平面与阳极的距离大于原碳纳米管复合层112的表面与阳极的距离，由场发射原理可知，离阳极越近的发射体发射性能越好，因此碳纳米管复合层112表面少量露出的碳纳米管与碳纳米管114之间存在场发射竞争，因此需要将碳纳米管复合层112的表面全部处理，故传统的碳纳米管复合层的处理方法只适用于平面发射体，难以实现图形化。
因此，有必要提供一种可图形化、场发射性能好、操作简单的场发射体及其制备方法。
发明内容
一种场发射体，该场发射体包括一基底、一阴极层位于该基底表面及一碳纳米管复合层位于上述阴极层表面，其中，该碳纳米管复合层的表面包括至少一个突起部，该突起部包括至少一个碳纳米管从突起部突出。
一种场发射体的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管浆料；提供一基底及一阴极层，该阴极层形成于该基底上；将上述碳纳米管浆料涂敷于上述阴极层上，冷却后，形成一碳纳米管复合层于阴极层上；以一定功率和扫描速度的激光照射碳纳米管复合层表面形成场发射体。
与现有技术比较，本发明所提供的场发射体是利用激光的瞬间高能量的冲击，使激光照射过的碳纳米管复合层表面的碳纳米管浆料从该表面竖立起来，突起于原碳纳米管复合层表面，且碳纳米管突出于突起部位的顶部，因此，这种微观结构更加有利于场发射，且性能稳定。另外，本发明所提供的场发射体的制备方法可以通过电脑控制激光束，使其照射在碳纳米管浆料表面所需要进行场发射的位置，实现碳纳米管复合层表面场发射的图形化，且由于激光照射的过程特别迅速，因此本发明所提供的场发射阴极材料的制备方法快速稳定，重复性好，适合量产。
附图说明
图1是现有技术中将碳纳米管浆料直接涂敷于基底上作为场发射体的结构示意图。
图2是图1中的场发射体经过后续处理后的结构示意图。
图3是本技术方案实施例场发射体制备方法的流程图。
图4是本技术方案实施例所提供的场发射体的结构示意图。
图5是本技术方案实施例所提供的场发射体表面的扫描电镜图。
图6是场发射体表面突起部的扫描电镜图。
图7是本技术方案实施例所提供的预定图形的场发射体的结构示意图。
图8是利用图7中的场发射体进行场发射所显示的图样。
具体实施方式
下面将结合附图及对本技术方案的具体实施例作进一步的详细述明。
请参考图3，本技术方案提供一种发射体的制备方法，其包括以下步骤：
(一)提供一碳纳米管浆料。
所述碳纳米管浆料为碳纳米管和浆料的混合物。其中碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其任意组合的混合物。本实施例选用单壁碳纳米管。
所述浆料包括无机粘结剂、导电物质和有机溶剂。其中，无机粘结剂为绝缘物质，且熔点较低；导电物质包括金属和导电聚合物；有机溶剂为易挥发的有机物，可以通过加热去除。
可以理解，上述浆料还可进一步包括助剂。其中，助剂包括增粘剂、分散剂和表面活性剂等，以调节浆料的流动性。
本实施例中浆料包括低熔点玻璃粉末、ITO粉末和乙二醇，其中低熔点玻璃粉末的熔点为460℃。
将碳纳米管与浆料混合，通过搅拌器搅拌得一均匀碳纳米管浆料，其中，碳纳米管浆料中各物质所占的重量百分比范围分别为碳纳米管粉末3-7％，低熔点玻璃粉末3-7％，ITO粉末8-12％，乙二醇75-95％，优选地，本实施例中碳纳米管浆料中各物质的重量百分比为碳纳米管5％，低熔点玻璃粉末5％，ITO粉末10％，乙二醇80％。
(二)提供一基底及一阴极层，该阴极层形成于该基底上。
基底为玻璃片、塑料片或其它绝缘物质，优选地，本实施例中基底为玻璃片。
阴极层材料为硅、ITO玻璃、银、铝或其它导电物质，优选地，本实施例中阴极层材料为铝。
阴极层可以通过蒸镀或者气相沉积等方法形成于基底上，本实施例选用蒸镀方法。
(三)将上述碳纳米管浆料涂敷于上述阴极层上，然后在一定温度下放置一段时间，冷却后，形成一碳纳米管复合层于阴极层上。
碳纳米管浆料通过滴洒、喷洒、丝网刷膜、旋涂或刷涂的方式形成于阴极层上。本实施例选用旋涂的方式。
所述温度应高于碳纳米管浆料中有机溶剂的挥发温度和无机粘结剂的熔解温度，所述时间为30分钟-3小时。
本实施例中，将碳纳米管浆料涂敷于阴极层上之后，在500℃下放置1小时，有机溶剂乙二醇挥发除去，同时使低熔点的玻璃粉熔化，冷却后，碳纳米管与浆料中ITO和低熔点的玻璃较为紧密的结合，形成一碳纳米管复合层。
(四)以一定功率和扫描速度的激光束照射碳纳米管复合层的表面。
本技术方案中，激光束的功率密度为10000-100000瓦/平方毫米，扫描速度为800-1500毫米/秒。优选地，本实施例中，激光束的功率密度为70000瓦/平方毫米，扫描速度为1000毫米/秒。
确定好碳纳米管复合层表面所需要的图样，利用电脑程序控制激光束的照射路径，使其照射过后所得到的图样与碳纳米管复合层表面所需图样一致。
可以理解，本技术方案中还可以固定激光束，通过电脑程序控制移动碳纳米管复合层本身，在碳纳米管复合层表面得到所需图样。
由于本技术方案中，激光的功率较大，可以在其照射处产生较高的热量，又因为扫描速度足够快，使该处碳纳米管复合层中的碳纳米管、粘结剂和导电物质因为在短时间内无法吸收如此多的热量，而从表面突起，形成至少一个突起部；在碳纳米管、粘结剂和导电物质突起的同时，激光束的高热量会烧掉部分的碳纳米管、粘结剂和导电物质，由于碳纳米管的熔点最高，因此碳纳米管从突起部突出。
请参见图4，本技术方案实施例依据上述方法制备的场发射体200，其包括一基底202，一位于基底202表面的阴极层204及位于该阴极层204表面的碳纳米管复合层212。
其中基底202可选用玻璃片、塑料片及其它绝缘物质。本实施例基底202选用破璃片。
阴极层204材料可为硅、ITO玻璃、银、铝或其它导电物质。本实施例中阴极层204材料选用铝。
该碳纳米管复合层212包括碳纳米管210、无机粘结剂206和导电物质208，碳纳米管复合层212的表面包括至少一个突起部220，至少一碳纳米管216突出于该突起部220顶部，突起部220的底部为起支撑作用的粘结剂214和导电物质218，其微观结构请参阅图5及图6。其中，碳纳米管复合层212表面的突起部220可构成所需图案，直接应用于场发射。由于碳纳米管216从突起部220的顶部突出，由场发射原理可知，在同一大小的电场作用下，离阳极越近的发射体越容易发射电子，因此碳纳米管复合层212表面的突起部220顶部突出的碳纳米管216具有更好的场发射性能。
图5为本技术方案所提供的场发射体表面的扫描电镜图，从图中可以看出，场发射体的表面有至少一突起部，突起的高度为8-12微米，该突起部包括碳纳米管、粘结剂和导电物质。由于本技术方案中所选择的激光功率较大，可以在其照射处产生较高的热量，又因为扫描速度较快，使激光照射处的碳纳米管复合层因为在短时间内无法吸收如此多的热量，从而使部分的碳纳米管、粘结剂和导电物质从场发射体表面突起。
图6为图5中碳纳米管复合层表面突起部的扫描电镜图，从图中可以看出，碳纳米管突出于突起部的顶部，突起部的底部是起支撑作用的粘结剂和导电物质，由于使用激光束对碳纳米管复合层的表面进行照射时，在使碳纳米官、粘结剂和导电物质突起的同时，会烧掉部分的碳纳米管、粘结剂和导电物质，由于碳纳米管的熔点最高，因此碳纳米管会突出于突起部的顶部。
可以理解，本技术方案所提供的场发射体表面可以制备出任何所需要的图案，请参见图7，图7是本技术方案所提供的预定图案的场发射体的结构示意图，其中矩形方框和数字123为激光扫描过的地方。图案的图样可以由电脑程序设计，图案的准确率高，利用聚焦的激光束，可以使图样的宽度在0.2毫米以下，满足平面显示阴极对精度的要求；由于图案可以通过电脑程序设计，因此重复性好，且操作简单，快速。
图8是利用图7中的场发射体进行场发射所显示的图样，其与碳纳米管复合层表面的图样一致。
另外，本领域技术人员还可在本发明精神内做其他变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (13)

1.一种场发射体，该场发射体包括一基底、一阴极层位于该基底表面及一碳纳米管复合层位于上述阴极层表面，其特征在于，该碳纳米管复合层的表面包括至少一个突起部，该突起部包括至少一个碳纳米管从突起部突出。
2.如权利要求1所述的场发射体，其特征在于，所述基底为玻璃片或塑料片。
3.如权利要求1所述的场发射体，其特征在于，所述阴极层材料为锡铟氧化物、硅、银或铝。
4.如权利要求1所述的场发射体，其特征在于，所述碳纳米管复合层包括碳纳米管、无机粘结剂及导电物质。
5.如权利要求4所述的场发射体，其特征在于，所述无机粘结剂为低熔点玻璃。
6.如权利要求4所述的场发射体，其特征在于，所述导电物质为锡铟氧化物。
7.一种场发射体的制备方法，其包括以下步骤：提供一碳纳米管浆料；提供一阴极层及一基底，该阴极层形成于该基底上；将上述碳纳米管浆料涂敷于该阴极层上，形成一碳纳米管复合层于阴极层上；以及，以一定功率和扫描速度的激光照射碳纳米管复合层表面形成场发射体。
8.如权利要求7所述场发射体的制备方法，其特征在于，将碳纳米管浆料涂敷于阴极层上之后，进一步包括以下步骤：将涂敷有碳纳米管的阴极层在一定温度下放置一段时间，冷却后，形成碳纳米管复合层于基底的阴极层上。
9.如权利要求8所述场发射体的制备方法，其特征在于，所述温度为480-600摄氏度。
10.如权利要求8所述场发射体的制备方法，其特征在于，所述时间为30分钟-3小时。
11.如权利要求7所述场发射体的制备方法，其特征在于，所述激光束的功率为10000-100000瓦/平方毫米。
12.如权利要求7所述场发射体的制备方法，其特征在于，所述激光束的扫描速度为800-1500毫米/秒。
13.如权利要求7所述场发射体的制备方法，其特征在于，所述激光通过电脑程序控制照射碳纳米管复合层表面形成预定图案的场发射体。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101877299A (zh) * 2010-06-29 2010-11-03 彩虹集团公司 一种场致发射平板显示器件及其制作方法
CN103050348A (zh) * 2012-12-25 2013-04-17 青岛盛嘉信息科技有限公司 一种场发射阴极的处理方法
CN103264223A (zh) * 2013-05-14 2013-08-28 东华大学 一种改善材料场致发射性能的方法

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101880035A (zh) 2010-06-29 2010-11-10 清华大学 碳纳米管结构
US8552381B2 (en) * 2011-07-08 2013-10-08 The Johns Hopkins University Agile IR scene projector

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1361592B1 (en) * 1997-09-30 2006-05-24 Noritake Co., Ltd. Method of manufacturing an electron-emitting source
JP3790047B2 (ja) 1998-07-17 2006-06-28 株式会社ノリタケカンパニーリミテド 電子放出源の製造方法
US6733355B2 (en) * 2001-10-25 2004-05-11 Samsung Sdi Co., Ltd. Manufacturing method for triode field emission display
JP2003197131A (ja) * 2001-12-26 2003-07-11 Hitachi Ltd 平面表示装置およびその製造方法
JP4252546B2 (ja) * 2004-03-24 2009-04-08 三菱電機株式会社 電界放出表示装置の製造方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101877299A (zh) * 2010-06-29 2010-11-03 彩虹集团公司 一种场致发射平板显示器件及其制作方法
CN103050348A (zh) * 2012-12-25 2013-04-17 青岛盛嘉信息科技有限公司 一种场发射阴极的处理方法
CN103264223A (zh) * 2013-05-14 2013-08-28 东华大学 一种改善材料场致发射性能的方法
CN103264223B (zh) * 2013-05-14 2015-12-23 东华大学 一种改善材料场致发射性能的方法

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