CN103187217A - 碳纳米管发射体 - Google Patents

碳纳米管发射体 Download PDF

Info

Publication number
CN103187217A
CN103187217A CN2011104448600A CN201110444860A CN103187217A CN 103187217 A CN103187217 A CN 103187217A CN 2011104448600 A CN2011104448600 A CN 2011104448600A CN 201110444860 A CN201110444860 A CN 201110444860A CN 103187217 A CN103187217 A CN 103187217A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nano
tube
emitter
tube structure
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2011104448600A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103187217B (zh
Inventor
柳鹏
范守善
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Original Assignee
Tsinghua University
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201110444860.0A priority Critical patent/CN103187217B/zh
Priority to TW100149612A priority patent/TWI461352B/zh
Priority to US13/590,258 priority patent/US8841830B2/en
Publication of CN103187217A publication Critical patent/CN103187217A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103187217B publication Critical patent/CN103187217B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J9/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture, installation, removal, maintenance of electric discharge tubes, discharge lamps, or parts thereof; Recovery of material from discharge tubes or lamps
    • H01J9/02—Manufacture of electrodes or electrode systems
    • H01J9/022—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes
    • H01J9/025—Manufacture of electrodes or electrode systems of cold cathodes of field emission cathodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J1/00—Details of electrodes, of magnetic control means, of screens, or of the mounting or spacing thereof, common to two or more basic types of discharge tubes or lamps
    • H01J1/02—Main electrodes
    • H01J1/30—Cold cathodes, e.g. field-emissive cathode
    • H01J1/304—Field-emissive cathodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30403—Field emission cathodes characterised by the emitter shape
    • H01J2201/30434—Nanotubes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2201/00—Electrodes common to discharge tubes
    • H01J2201/30—Cold cathodes
    • H01J2201/304—Field emission cathodes
    • H01J2201/30446—Field emission cathodes characterised by the emitter material
    • H01J2201/30453—Carbon types
    • H01J2201/30469—Carbon nanotubes (CNTs)

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

一种碳纳米管发射体，包括：一基底，该基底具有一第一表面；一碳纳米管结构，该碳纳米管结构具有一个接触部和一个发射部，该接触部设置于所述第一表面，该发射部远离所述第一表面，并向远离所述第一表面的方向弯曲，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管沿着所述接触部到发射部的方向延伸，并且在该延伸方向上首尾相连形成一个连续的碳纳米管结构。

Description

碳纳米管发射体
技术领域
本发明涉及一种发射体，尤其涉及一种碳纳米管发射体。
背景技术
自九十年代初以来，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。
就以场发射技术为例，碳纳米管早已以其优良的导电性能，完美的晶格结构，纳米尺度的尖端等特性成为优良的场发射阴极材料，请参见Walt A.deHeer等人Science 270，1179-1180(1995)，A Carbon Nanotube Field-EmissionElectron Source一文。碳纳米管的场发射特性在场发射平面显示器件、电真空器件、大功率微波器件等领域有着广阔的应用前景。美国专利第6,232,706号揭示了一利用碳纳米管的场发射元件，该专利所揭示的场发射元件包括一基底，沉积于基板上的催化剂，以及从催化剂上长出的一束或多束相互平行且垂直于基底的碳纳米管阵列。由于碳纳米管阵列的表面夹杂少量杂乱分布的催化剂颗粒和无定形碳等杂质，将导致碳纳米管场发射性能的不稳定和不均匀，影响了碳纳米管阵列的场发射性能，而且制备方法难以实现自动化。
所以对于碳纳米管材料的应用来讲，不同形态的碳纳米管具有不同应用潜能，如何控制碳纳米管形态显得非常重要，需要不断的研究和突破。
发明内容
有鉴于此，确有必要提供一种发射性能稳定且制备方法可以实现自动化的碳纳米管发射体。
一种碳纳米管发射体，包括：一基底，该基底具有一第一表面；一碳纳米管结构，该碳纳米管结构具有一个接触部和一个发射部，该接触部设置于所述第一表面，该发射部远离所述第一表面，并向远离所述第一表面的方向弯曲，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管沿着所述接触部到发射部的方向延伸，并且在该延伸方向上首尾相连形成一个连续的碳纳米管结构。
一种发射体，包括：一基底，该基底具有一第一表面；至少一线型碳纳米管结构，该线型碳纳米管结构由至少一根碳纳米管组成，该碳纳米管的延伸方向与所述线型碳纳米管结构的延伸方向一致，所述线型碳纳米管结构具有沿所述基底的第一表面延伸并接触的第一端部以及与该第一端部相对并远离所述基底的第一表面弯曲翘起的第二端部，所述线型碳纳米管结构的第二端部作为发射体的发射端。
与现有技术相比较，本发明提供的碳纳米管发射体能够有效地朝向阳极电极，具有较高的发射效率，同时还呈一弧形弯曲，具有较高的发射效率的同时，提高了碳纳米管发射体的结构稳定性，而且丰富了碳纳米管器件设计的多样性，为碳纳米管器件的设计提供更多的选择空间。
附图说明
图1为本发明具体实施例一提供的碳纳米管发射体的制备流程图。
图2为本发明具体实施例一提供的碳纳米管发射体所采用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
图3为本发明具体实施例一提供的碳纳米管发射体所采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图4为本发明具体实施例一提供的碳纳米管发射体所采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
图5为本发明具体实施例一提供的碳纳米管发射体的制备机理图。
图6为本发明具体实施例一提供的碳纳米管发射体的另一制备流程图。
图7A为本发明具体实施一提供的碳纳米管发射体所采用的碳纳米管拉膜刮压之前的数码照片。
图7B为本发明具体实施一提供的碳纳米管发射体所采用的碳纳米管拉膜刮压之后的数码照片。
图8为本发明具体实施例一提供的碳纳米管发射体的结构示意图。
图9为本发明具体实施例二提供的碳纳米管发射体的制备流程图。
主要元件符号说明
基底            10
第一表面        102
碳纳米管结构    12
接触部          120
发射部          122
固定装置        14
刮压装置        16
金属轧辊        18
刮压方向        I
应力方向        II
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
本发明主要提供一种将平行于基底的碳纳米管结构进行刮压，使该平行于基底的碳纳米管结构上翘，即碳纳米管结构“抬起头”的方法。该方法首先将碳纳米管结构设置于一基底上，该碳纳米管结构包括多个线型碳纳米管结构，该多个线型碳纳米管结构包括至少一根碳纳米管，即所述碳纳米管结构包括至少一根碳纳米管，该至少一根碳纳米管沿所述基底的表面延伸。所述碳纳米管结构包括多个碳纳米管时，所述多个碳纳米管沿同一方向延伸，所述碳纳米管结构在碳纳米管延伸方向上具有相对的第一端部和第二端部，将所述碳纳米管结构的第一端部固定；用一刮压装置对所述碳纳米管结构施加压力的同时，从所述第二端部开始沿着碳纳米管的延伸方向刮动所述碳纳米管结构，使所述碳纳米管结构的至少第二端部远离基底，也就是碳纳米管结构上翘，即碳纳米管结构“抬起头”。在上述主要发明构思的基础上，所述基底主要起支撑作用，当然所述基底也可以随着上翘的碳纳米管结构应用于不同领域有不同的作用，所述基底可以根据需要选择柔性/非柔性、透明/非透明、导电/绝缘等不同的材料；在上述的方法中也可以根据需要进一步包括例如沉积电极等步骤。后面的各个具体实施例中主要以上翘的碳纳米管结构作为发射体为例进行说明，当然，并不局限于此。
下面将结合附图及具体实施例，对本发明提供的碳纳米管发射体的制备方法作进一步的详细说明。
具体实施例一
请参见图1，本发明提供一种碳纳米管发射体的制备方法，其包括以下步骤：
步骤一、提供一基底10，该基底10具有一第一表面102。
所述基底10的材料为绝缘材料，可选择硅、石英、玻璃、陶瓷、金刚石等硬性材料或塑料、树脂等高分子柔性材料，优选地，所述基底10选用不会与碳纳米管粘结的材料。所述第一表面102为一光滑平面。本实施例中，所述基底10的材料为硅，所述基底10为一长方体结构，所述第一表面102为一长方形。
步骤二、提供一碳纳米管结构12，将该碳纳米管结构12设置于所述第一表面102，所述碳纳米管结构12包括多个沿同一方向延伸的碳纳米管，该碳纳米管沿所述基底10的第一表面102延伸，所述碳纳米管结构12在所述碳纳米管延伸的方向上具有相对的第一端部和第二端部，将所述第一端部固定于所述第一表面102。
对于碳纳米管发射体而言，所述碳纳米管结构12的第一端部可以定义为接触部120，所述碳纳米管结构12的第二端部为发射部122，将所述第一端部固定于所述第一表面102，也就是将所述接触部120固定于所述第一表面102。
所述碳纳米管结构12的接触部120固定于基底10的第一表面102的方法：可以用一固定装置14将碳纳米管结构12的接触部120按压在所述基底10的第一表面102，所述固定装置14的材料可以选择任意非金属、金属或合金，该固定装置14可以为片状、块状金属或非金属体，也可以为夹子等夹具，只要能将所述碳纳米管结构12的接触部120固定于所述基底10的第一表面102即可；也可以用胶粘剂或浆料将碳纳米管结构12的接触部120粘在所述基底10的第一表面102。当碳纳米管结构12的接触部120固定在所述基底10的第一表面102时，碳纳米管结构12的其余部分随之放置或铺设于所述基底10的第一表面102。
所述碳纳米管结构12包括多个均匀分布且沿同一方向延伸的碳纳米管，碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。所述碳纳米管结构12中的碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。碳纳米管结构12还可以为由碳纳米管组成的纯结构。该碳纳米管结构12中的碳纳米管沿同一个方向择优取向排列。所述碳纳米管结构12的厚度为1微米～200微米，优选为10微米～100微米。本实施例中，优选地，所述碳纳米管结构12为一自支撑结构。所述自支撑为碳纳米管结构12不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态，即将该碳纳米管结构12置于(或固定于)间隔一固定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管结构12能够保持自身层状状态。
所述碳纳米管结构12可包括一个碳纳米管膜或多个平行且无间隙铺设或/和层叠铺设的碳纳米管膜，还可以包括至少一碳纳米管线。所述碳纳米管膜为一碳纳米管拉膜或一碳纳米管碾压膜。所述碳纳米管线为一非扭转的碳纳米管线或一扭转的碳纳米管线。
(一)碳纳米管拉膜的制备方法包括以下步骤：
首先，提供一碳纳米管阵列形成于一生长基底，该阵列为超顺排的碳纳米管阵列。
该碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a)提供一平整生长基底，该生长基底可选用P型或N型硅生长基底，或选用形成有氧化层的硅生长基底，本发明实施例优选为采用4英寸的硅生长基底；(b)在生长基底表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的生长基底10在700℃～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的生长基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500℃～740℃，然后通入碳源气体反应约5分钟～30分钟，生长得到碳纳米管阵列。该碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于生长基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过上述控制生长条件，该定向排列的碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。
其次，采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取碳纳米管获得至少一碳纳米管拉膜，其具体包括以下步骤：(a)从所述超顺排碳纳米管阵列中选定一个或具有一定宽度的多个碳纳米管，优选为采用具有一定宽度的胶带、镊子或夹子接触碳纳米管阵列以选定一个或具有一定宽度的多个碳纳米管；(b)以一定速度拉伸该选定的碳纳米管，从而形成首尾相连的多个碳纳米管片段，进而形成一连续的碳纳米管拉膜。该拉取方向沿基本垂直于碳纳米管阵列的生长方向。
在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离生长基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片段分别与其它碳纳米管片段首尾相连地连续地被拉出，从而形成一连续、均匀且具有一定宽度的碳纳米管拉膜。
该碳纳米管拉膜的宽度与碳纳米管阵列的尺寸有关，该碳纳米管拉膜的长度不限，可根据实际需求制得。当该碳纳米管阵列的面积为4英寸时，该碳纳米管拉膜的宽度为0.5纳米～10厘米，该碳纳米管拉膜的厚度为0.5纳米～10微米。
该碳纳米管拉膜可作为一碳纳米管结构12使用，也可以将至少两层碳纳米管拉膜层叠设置或并排设置形成一碳纳米管结构12。请参见图2，所述碳纳米管结构12为一层碳纳米管拉膜，该碳纳米管拉膜的厚度为1微米。
(二)碳纳米管碾压膜的制备方法包括以下步骤：
首先，提供一碳纳米管阵列形成于一生长基底，该阵列为定向排列的碳纳米管阵列。
所述碳纳米管阵列优选为一超顺排的碳纳米管阵列。所述碳纳米管阵列与上述碳纳米管阵列的制备方法相同。
其次，采用一施压装置，挤压上述碳纳米管阵列获得一碳纳米管碾压膜，其具体过程为：
该施压装置施加一定的压力于上述碳纳米管阵列上。在施压的过程中，碳纳米管阵列在压力的作用下会与生长基底分离，从而形成由多个碳纳米管组成的具有自支撑结构的碳纳米管碾压膜，且所述的多个碳纳米管基本上与碳纳米管碾压膜的表面平行。
施压装置为一压头，压头表面光滑，采用滚轴状压头沿某一固定方向碾压时，可获得碳纳米管沿该固定方向取向排列的碳纳米管碾压膜。
可以理解，当采用上述方式挤压碳纳米管阵列时，碳纳米管会在压力的作用下倾倒，并与相邻的碳纳米管通过范德华力相互吸引、连接形成由多个碳纳米管组成的具有自支撑结构的碳纳米管碾压膜。
可以理解，该碳纳米管碾压膜具有一定的厚度，且通过碳纳米管阵列的高度以及压力大小可以控制其厚度。所以该碳纳米管碾压膜可以直接作为一碳纳米管结构12使用。另外，可以将至少两层碳纳米管碾压膜层叠设置或并排设置形成一碳纳米管结构12。
(三)非扭转的碳纳米管线为将碳纳米管膜利用有机溶剂处理后获得。具体过程为：采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉出一碳纳米管膜，将拉出的碳纳米管膜经一有机溶剂浸润处理后，在挥发性有机溶剂表面张力的作用下，所述碳纳米管膜收缩成为一非扭转的碳纳米管线。请参见图3，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线长度方向延伸并首尾相连的碳纳米管。优选地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段之间通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米至100微米。
(四)扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述非扭转的碳纳米管线沿相反方向扭转获得。请参见图4，该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。优选地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段之间通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米至100微米。
可选择地，将所述碳纳米管结构12设置于所述第一表面102上后，将有机溶剂滴到所述碳纳米管结构12上，再晾干；或者先在所述第一表面102上滴加有机溶剂，然后马上将所述碳纳米管结构12设置于所述第一表面102，再晾干，这些均可以使碳纳米管结构12与所述第一表面102紧密贴合。所述有机溶剂可以为乙醇、甲醇、氯仿或丙醇等。优选地，所述有机溶剂为挥发性的有机溶剂。本实施例中，在碳纳米管结构12形成于基底10的第一表面102上之后，将乙醇滴加到碳纳米管结构12上，晾干后，使碳纳米管结构12紧密贴合至所述第一表面102。
步骤三、用一刮压装置16对所述碳纳米管结构12施加压力的同时，从所述接触部120开始沿着所述碳纳米管的延伸方向刮动所述碳纳米管结构12，使碳纳米管结构12的发射部122远离所述第一表面102，得到一碳纳米管发射体。
所述碳纳米管结构12具有相对的上表面和下表面。刮压之前，碳纳米管结构12的下表面与所述基底10的第一表面102相接触，用一刮压装置16对碳纳米管结构12施加压力的同时，并用该刮压装置16从碳纳米管结构12的接触部120，沿着碳纳米管结构12中碳纳米管的延伸方向刮所述碳纳米管结构12的上表面，如此处理一次或重复处理多次后，碳纳米管结构12未固定于基底10的第一表面102的发射部122离开所述基底10的第一表面102而上翘，致使整个碳纳米管结构12除接触部120固定于第一表面102以外的其余部分均随着碳纳米管结构12的发射部122上翘，也就是说碳纳米管结构12“抬起头”。
请参见图5，碳纳米管结构12“抬起头”的具体机理为：刮压装置16沿着碳纳米管的延伸方向刮压碳纳米管结构12时，刮压装置16对碳纳米管结构12施加一压力，此时，碳纳米管结构12内部产生一应力以便抵消刮压装置16所施加的压力，当刮压装置16离开所述碳纳米管结构12，也就是卸载所述压力时，所述碳纳米管结构12内部释放所产生的应力，由于碳纳米管结构12的接触部120被固定于基底10的第一表面102，因此碳纳米管结构12为了释放所产生的应力而从发射部122开始上翘，成为碳纳米管结构12，即碳纳米管结构12“抬起头”。所述碳纳米管结构12上翘的程度用碳纳米管结构12上翘时的切线与所述基底10的第一表面102之间的夹角衡量，碳纳米管结构12上翘时的切线与所述基底10的第一表面102之间的夹角为大于0度且小于180度，优选地，碳纳米管结构12弯曲时的切线与所述基底10的第一表面102之间的夹角为大于0度且小于等于90度。
所述刮压装置16与碳纳米管结构12之间具有横向摩擦力。所述刮压装置16可以为一玻璃棒、一刮板或一压力装置等。所述刮压装置16在刮压碳纳米管结构12的上表面时，刮压装置16与碳纳米管结构12上表面的接触部120位为一线状接触部120位或一面状接触部120位，优选为线状接触部120位。请参见图6，所述压力装置可以为一个金属轧辊18，由于所述基底10的第一表面102很光滑，利用所述金属轧辊18刮压所述碳纳米管结构12可以使碳纳米管结构12上翘。进一步地，刮压所述碳纳米管结构12时，也可以采用热压装置进行热刮压，所述热压装置包括一施压装置和一加热装置，所述热压装置可以为一热压机或封塑机，另外，加热装置加热所述施压装置的温度可以根据实际需要进行选择。本实施例中，所述刮压装置16为一片状刮板，该片状刮板与碳纳米管结构12上表面接触的部位为一线状接触部120位。
刮压装置16在刮压碳纳米管结构12时所施加的压力不能太小也不能太大，所施加的压力太小，碳纳米管结构12不会上翘；所施加的压力太大，碳纳米管结构12会被压坏，即碳纳米管结构12的内部结构会遭到破坏，所以刮压装置16对碳纳米管结构12所施加的压强为1帕至109帕，优选为103至107帕。当碳纳米管结构12的厚度为10微米时，刮压装置16对碳纳米管结构12所述施加的压强为0.5×106帕；当碳纳米管结构12的厚度为100微米时，刮压装置16对碳纳米管结构12所施加的压强为107帕。所述刮压装置16在进行刮压的过程中，刮压装置16与所述基底10的第一表面102之间的夹角不限，刮压装置16与所述基底10的第一表面102之间的夹角在10度至170度的范围内刮压所述碳纳米管结构12，均可使碳纳米管结构12上翘，但为了使碳纳米管结构12的上翘程度接近于使碳纳米管结构12与基底10的第一表面102垂直，刮压装置16与所述基底10的第一表面102之间的夹角优选为30度至80度。所述刮压装置16在刮压碳纳米管结构12时的刮行速度1mm/s～1m/s，优选为10cm/s～95cm/s。请参见图7，图7A为未刮压之前碳纳米管拉膜的数码照片，图7B为刮压之后碳纳米管拉膜的数码照片，图7中的固定装置14为一胶带，该碳纳米管拉膜的厚度为20微米至30微米，所述刮压装置16对该碳纳米管拉膜施加的压强为1×106帕至2×106帕，刮压装置16与所述基底10的第一表面102之间的夹角为45度，刮压装置16在刮压该碳纳米管拉膜的刮行速度为75cm/s，刮压装置16对该碳纳米管拉膜重复刮压了3次。
进一步，在碳纳米管结构12的接触部120沉积导电阴极，沉积的方法可采用电子束蒸发法、热蒸发法或溅射法等，所沉积的导电阴极与基底的第一表面102相接触。本实施方式将采用电子束蒸发法沉积金属铜作为导电阴极，直至碳纳米管结构12的接触部120完全被铜覆盖，导电阴极的材料可选用任何金属或合金。
可以理解，可以先将碳纳米管结构12的接触部120固定于基底10的第一表面102，然后在所述接触部120沉积导电阴极，最后利用刮压装置16使碳纳米管结构12上翘；或者先将碳纳米管结构12的接触部120固定于基底10的第一表面102，然后利用刮压装置16使碳纳米管结构12上翘，最后在所述接触部120沉积导电阴极。
可以理解，当所述固定装置14为金属、合金，所述浆料为导电浆料，所述胶粘剂为导电胶粘剂时，该固定装置14、导电浆料或导电胶粘剂可以作为导电阴极，那么，就无需再在碳纳米管结构12的接触部120沉积导电阴极。当所述固定装置14的材料不能导电，或者所述浆料或胶粘剂不能导电时，就需要在碳纳米管结构12的接触部120沉积导电阴极。
请参见图8，本发明具体实施例一进一步提供一种碳纳米管发射体，包括：一基底10，该基底10具有一第一表面102；一碳纳米管结构12，该碳纳米管结构12具有一个接触部120和一个发射部122，该接触部120设置于所述第一表面102，该发射部122远离所述第一表面102，并向远离所述第一表面102的方向弯曲，该碳纳米管结构12包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管沿着所述接触部120到发射部122的方向延伸，并且在该延伸方向上首尾相连形成一个连续的碳纳米管结构12。所述接触部120与所述发射部122为一个整体结构。所述接触部120中的碳纳米管相互平行，该碳纳米管长轴延伸的方向平行于所述第一表面102。所述发射部122中的碳纳米管相互平行，该碳纳米管长轴延伸的方向与所述第一表面102形成一个夹角。即所述碳纳米管结构12从接触部120沿着碳纳米管的延伸方向至发射部122呈现一弧形，该弧形处的切线与所述第一表面102之间的夹角大于0度且小于180度。所述碳纳米管结构12可以垂直于所述第一表面102，即所述接触部120和发射部122在同一直线上，并且该直线垂直于所述基底10的第一表面102。
所述碳纳米管结构12包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段之间通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。可以理解，所述碳纳米管结构12包括多个相互平行且通过范德华力紧密结合的碳纳米管。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管及多壁碳纳米管中的一种或多种。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，所述双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米，所述多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。所述碳纳米管结构12还可以为由碳纳米管组成的纯结构。所述碳纳米管结构12的厚度为1微米～200微米，优选为10微米～100微米。优选地，所述碳纳米管结构12为一自支撑结构。所述自支撑为碳纳米管结构12不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身层状状态。
具体实施例二
请参见图9，本发明具体实施例二进一步提供一碳纳米管发射体的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤一、提供一基底10，该基底10具有一第一表面102。
步骤二、提供多个碳纳米管结构12，将该多个碳纳米管结构12间隔设置于所述第一表面102，所述多个碳纳米管结构12均包括多个沿同一方向延伸的碳纳米管，该碳纳米管沿所述基底10的第一表面102延伸，所述多个碳纳米管结构12在所述碳纳米管延伸的方向上均具有相对的接触部120和发射部122，将所述接触部120固定于所述第一表面102。
所述多个碳纳米管结构12可以首尾间隔设置于第一表面102，即多个碳纳米管结构12中每一碳纳米管结构12的发射部122靠近相邻碳纳米管结构12的接触部120；所述多个碳纳米管结构12可以并排间隔设置于第一表面102，即多个碳纳米管结构12中每一碳纳米管结构12的接触部120靠近相邻碳纳米管结构12的接触部120；所述多个碳纳米管结构12可以首尾间隔和并排间隔共同设置于第一表面102。本实施例中，所述多个碳纳米管结构12首尾间隔设置于第一表面102。
步骤三、用一刮压装置16对所述多个碳纳米管结构12施加压力的同时，从所述接触部120开始沿着所述碳纳米管的延伸方向刮动所述多个碳纳米管结构12，使多个碳纳米管结构12的至少发射部122远离所述第一表面102，得到多个碳纳米管发射体。
具体实施例二与具体实施例一的区别是：具体实施例一中，所述基底10的第一表面102设置一个碳纳米管结构12；具体实施例二中，所述基底10的第一表面102间隔设置多个碳纳米管结构12。
其余的步骤、参数等，具体实施例二与具体实施例一相同，这里不再赘述。
本发明提供的碳纳米管发射体具有以下优点：第一、本发明提供的碳纳米管发射体能够有效地朝向阳极电极，具有较高的发射效率，同时还呈一弧形弯曲，具有较高的发射效率的同时，提高了碳纳米管发射体的结构稳定性；第二、碳纳米管发射体的发射性能稳定，而且制备方法简单，可实现自动化大规模生产；第三、所述碳纳米管发射体呈一弧形弯曲，丰富了碳纳米管器件设计的多样性，为碳纳米管器件的设计提供更多的选择空间。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其他变化，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内。

Claims (12)

1.一种碳纳米管发射体，包括：
一基底，该基底具有一第一表面；
一碳纳米管结构，该碳纳米管结构具有一个接触部和一个发射部，该接触部设置于所述第一表面，该发射部远离所述第一表面，并向远离所述第一表面的方向弯曲，该碳纳米管结构包括多个碳纳米管，其特征在于，该多个碳纳米管沿着所述接触部到发射部的方向延伸，并且在该延伸方向上首尾相连形成一个连续的碳纳米管结构。
2.如权利要求1所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述接触部与所述发射部为一个整体结构。
3.如权利要求1所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述接触部中的碳纳米管相互平行，该碳纳米管长轴延伸的方向平行于所述第一表面。
4.如权利要求1所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述发射部中的碳纳米管相互平行，该碳纳米管长轴延伸的方向与所述第一表面形成一个夹角，该夹角大于0度且小于180度。
5.如权利要求1所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述多个碳纳米管通过范德华力连接。
6.如权利要求1所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述碳纳米管结构为一自支撑结构。
7.如权利要求1所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述碳纳米管结构包括一碳纳米管拉膜、一碳纳米管碾压膜或一碳纳米管线，所述碳纳米管碾压膜为采用一滚轴状压头沿一固定方向碾压一碳纳米管阵列所得。
8.如权利要求1所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述接触部采用一固定装置固定于所述第一表面，或者所述接触部利用一浆料或胶粘剂固定于所述第一表面。
9.如权利要求8所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述固定装置为金属、合金，所述浆料或胶粘剂为导电浆料或导电胶粘剂时，该固定装置、导电浆料或导电胶粘剂为导电阴极。
10.如权利要求8所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述固定装置、浆料或胶粘剂不导电时，所述碳纳米管发射体进一步包括一导电阴极，该导电阴极设置于所述碳纳米管结构的接触部，且与所述第一表面相接触。
11.如权利要求1所述的碳纳米管发射体，其特征在于，所述碳纳米管结构的厚度为1微米～200微米。
12.一种发射体，包括：
一基底，该基底具有一第一表面；
至少一线型碳纳米管结构，该线型碳纳米管结构由至少一根碳纳米管组成，其特征在于，该碳纳米管的延伸方向与所述线型碳纳米管结构的延伸方向一致，所述线型碳纳米管结构具有沿所述基底的第一表面延伸并接触的第一端部以及与该第一端部相对并远离所述基底的第一表面弯曲翘起的第二端部，所述线型碳纳米管结构的第二端部作为发射体的发射端。
CN201110444860.0A 2011-12-27 2011-12-27 碳纳米管发射体 Active CN103187217B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110444860.0A CN103187217B (zh) 2011-12-27 2011-12-27 碳纳米管发射体
TW100149612A TWI461352B (zh) 2011-12-27 2011-12-29 奈米碳管發射體
US13/590,258 US8841830B2 (en) 2011-12-27 2012-08-21 Field emission cathode device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110444860.0A CN103187217B (zh) 2011-12-27 2011-12-27 碳纳米管发射体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103187217A true CN103187217A (zh) 2013-07-03
CN103187217B CN103187217B (zh) 2015-11-25

Family

ID=48653837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110444860.0A Active CN103187217B (zh) 2011-12-27 2011-12-27 碳纳米管发射体

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8841830B2 (zh)
CN (1) CN103187217B (zh)
TW (1) TWI461352B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11373833B1 (en) 2018-10-05 2022-06-28 Government Of The United States, As Represented By The Secretary Of The Air Force Systems, methods and apparatus for fabricating and utilizing a cathode

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030122467A1 (en) * 2001-12-28 2003-07-03 Cho Young Rae Cathode for field emission device
CN1282216C (zh) * 2002-09-16 2006-10-25 清华大学 一种灯丝及其制备方法
CN1959896A (zh) * 2005-11-04 2007-05-09 清华大学 碳纳米管场发射体及其制备方法
CN101290857A (zh) * 2007-04-20 2008-10-22 清华大学 场发射阴极及其制备方法
TW200900348A (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Method for making a carbon nanotube film
CN101437633A (zh) * 2006-05-08 2009-05-20 里希特系统有限商业两合公司 用于干式建造构件的固定元件以及制造这种固定元件的方法
CN101540251A (zh) * 2008-03-19 2009-09-23 清华大学 场发射电子源
TW201125815A (en) * 2010-01-20 2011-08-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Carbon nano tubes device and method of manufacturing same

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105696139B (zh) * 2004-11-09 2019-04-16 得克萨斯大学体系董事会 纳米纤维纱线、带和板的制造和应用
CN101314464B (zh) 2007-06-01 2012-03-14 北京富纳特创新科技有限公司 碳纳米管薄膜的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030122467A1 (en) * 2001-12-28 2003-07-03 Cho Young Rae Cathode for field emission device
CN1282216C (zh) * 2002-09-16 2006-10-25 清华大学 一种灯丝及其制备方法
CN1959896A (zh) * 2005-11-04 2007-05-09 清华大学 碳纳米管场发射体及其制备方法
CN101437633A (zh) * 2006-05-08 2009-05-20 里希特系统有限商业两合公司 用于干式建造构件的固定元件以及制造这种固定元件的方法
CN101290857A (zh) * 2007-04-20 2008-10-22 清华大学 场发射阴极及其制备方法
TW200900348A (en) * 2007-06-29 2009-01-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Method for making a carbon nanotube film
CN101540251A (zh) * 2008-03-19 2009-09-23 清华大学 场发射电子源
TW201125815A (en) * 2010-01-20 2011-08-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Carbon nano tubes device and method of manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
TWI461352B (zh) 2014-11-21
CN103187217B (zh) 2015-11-25
US20130162137A1 (en) 2013-06-27
US8841830B2 (en) 2014-09-23
TW201326025A (zh) 2013-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101400198B (zh) 面热光源,其制备方法及应用其加热物体的方法
CN103382023B (zh) 碳纳米管结构及其制备方法
CN101409962B (zh) 面热光源及其制备方法
CN101471215B (zh) 热电子源的制备方法
CN101409961B (zh) 面热光源,其制备方法及应用其加热物体的方法
CN101958394B (zh) 电致伸缩复合材料及电致伸缩元件
TWI312165B (zh)
CN101540253B (zh) 场发射电子源的制备方法
CN103382037B (zh) 碳纳米管结构的制备方法
CN101471212B (zh) 热发射电子器件
CN101471211A (zh) 热发射电子器件
CN101471213A (zh) 热发射电子器件及其制备方法
CN101459019A (zh) 热电子源
CN101823688A (zh) 碳纳米管复合材料及其制备方法
CN102802109A (zh) 热致发声元件的制备方法
CN101540251B (zh) 场发射电子源
CN101471210B (zh) 热电子源
TWI453763B (zh) 超導線材的製備方法
CN103187217B (zh) 碳纳米管发射体
CN103187219B (zh) 碳纳米管发射体的制备方法
CN103383909B (zh) 场发射装置
CN102394204B (zh) 场发射电子源
CN101636009B (zh) 空心热源的制备方法
TWI360830B (en) Method for making thermionic electron source
TW200935485A (en) Thermionic emission device

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant