CN113078038B - 一种定向碳纳米管大电流冷阴极及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种定向碳纳米管大电流冷阴极及其制备方法，包括以下步骤：将碳纳米管粉末与溶剂混合搅拌均匀得到碳纳米管悬浮液；将载体置于磁场中；将碳纳米管悬浮液滴加于承载面，碳纳米管一端附着的金属催化剂在磁场中被磁化，碳纳米管在悬浮液中定向排列，随着溶剂的自然挥发，碳纳米管定向排列地附着于承载面，形成定向碳纳米管薄膜，所形成阴极发射体；载体为圆筒结构且其内壁为承载面；向载体内注入形成基底的流动性物质，干燥后形成的基底与阴极发射体的一端连接，得到定向碳纳米管大电流冷阴极。本发明的冷阴极能产生更大的电流，发射电流可达到20mA，并且成本低，生产过程简单，无需掺杂其他物质。
Description
技术领域
本申请涉及场致发射阴极及其制备技术，具体涉及一种定向碳纳米管大电流冷阴极及其制备方法。
背景技术
碳纳米管（CNT）是场致发射阴极的首选材料，在电子、机械和化学方面具有独特特性，具有较低的逸出功，极高的纵横比。碳纳米管理论上可以实现106A/cm2的场致发射电流密度，是至今为止发现导电率最高的材料。
近年来用化学气相沉积（CVD）法实现碳纳米管的生长取得突破，可以实现碳纳米管大面积、高密度地垂直生长。在“大电流密度碳纳米管场致发射阴极阵列的研制”（见《强激光与粒子束》2006年12期18卷）一文中报道了一种制备大电流密度碳纳米管场致发射阴极阵列，设计了一种由TiN，Al，Fe和牺牲层构成的堆栈式催化剂层结构，采用微波等离子体化学气相沉积法实现碳纳米管阵列高速笔直生长。SEM和TEM（见图1）结果表明，生长出来的碳纳米管为典型的多壁碳纳米管，长度和直径均匀，排列整齐并垂直于基底。这种制备方法也是基于CVD方法，可以生长出定向的碳纳米管，但这种方法工艺复杂，作为阴极用于实际的器件中时，需要大量的提前工作来生长碳纳米管，这导致器件制备变得复杂。而目前使用CVD制备没有定向要求的碳纳米管很容易，市面上购买的碳纳米管粉末就是使用CVD生长出的没有定向的碳纳米管。所以为了简化器件的制备过程，往往可以通过购买碳纳米粉末来制备碳纳米管阴极。比如在“CVD法和丝印法制作的碳纳米管场致发射冷阴极的研究”（见《真空科学与技术学报》2005年12月，第25卷）一文中指出丝网印刷法制备碳纳米管场致发射冷阴极，方法是将碳纳米管粉末和有机浆料混合并搅拌使碳纳米管充分分散于有机浆料中，采用丝印的方法将上述混合物印在有导电银浆的硅片上，再在高温下烧结此样品，使其中的有机浆料挥发，得到纳米碳纳米管场致发射冷阴极（阴极直径为1mm），这种方法制备出的阴极中，碳纳米管分布较不均匀，导致在发射大电流的情况下发热明显，较容易导致碳纳米管烧毁，更重要的是碳纳米管是非定向，无法充分利用碳纳米管末端长径比大而发射性能好的优点，导致发射性能大大减小。中国发明专利申请（申请公布号为CN 101857189 A，申请名称为：碳纳米管与金属连接的方法）公开了一种碳纳米管与金属连接的方法，其涉及碳纳米管与金属材料微连接的方法，其主要方法是将碳纳米管的悬浊液滴加于经处理的金属基体的待连接面上，然后将其置于磁场中，得到纳米管定向分布的金属基体，最后经真空扩散焊接完成碳纳米管与金属的连接。所涉及的步骤中也有使用强磁场使碳纳米管定向，但其方法中使先将溶液滴在基底上，然后施加磁场作用，最终碳纳米管定向方向为与基底水平。这种方法的缺点在于碳纳米管在悬浮液中由于受到重力作用没有及时受到磁场作用纠正方向便下沉到基底上，导致部分碳纳米管无法定向。
因此，实现一种简单方便的碳纳米管定向的方法以及利用定向的碳纳米管制备成场发射冷阴极，实现大电流场发射成为亟需解决的问题。
申请内容
本申请的目的在于提供一种定向碳纳米管大电流冷阴极及其制备方法。
本申请采用以下技术方案：
一种定向碳纳米管大电流冷阴极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将碳纳米管粉末与溶剂混合搅拌均匀得到碳纳米管悬浮液，其中，碳纳米管的一端附着有在磁场中能被磁化的金属催化剂；
步骤2，将载体置于磁场中，其中，载体的承载面与水平面垂直，磁场方向与水平面垂直；其中，载体为圆筒结构且其内壁为承载面；
步骤3，将碳纳米管悬浮液滴加于承载面，碳纳米管悬浮液在重力作用下沿承载面向下流淌形成溶液薄膜，碳纳米管一端附着的金属催化剂在磁场中被磁化，产生沿磁场方向的磁力，拖拽卷曲的碳纳米管运动，碳纳米管运动过程中，溶剂对碳纳米管产生粘滞力，碳纳米管受到的磁力与粘滞力方向相反，使得卷曲的碳纳米管被拉伸，进而使碳纳米管在悬浮液中定向排列，随着溶剂的自然挥发，碳纳米管定向排列地附着于承载面，形成定向碳纳米管薄膜，所形成的定向碳纳米管薄膜为圆筒或圆柱状的阴极发射体；
步骤4，向载体内注入形成基底的流动性物质，干燥后形成的基底与阴极发射体的一端连接，阴极发射体垂直于基底，得到定向碳纳米管大电流冷阴极。
待紧前的定向碳纳米管薄膜形成后，再次滴加碳纳米管悬浮液于承载面，再次滴加的碳纳米管悬浮液在紧前的定向碳纳米管薄膜外叠加形成一层新的定向碳纳米管薄膜，如此循环，逐层叠加，定向碳纳米管薄膜逐渐增厚，最终呈圆柱或圆筒状。
所述碳纳米管悬浮液中，碳纳米管的浓度为0.01～1mg/mL。
所述溶剂为易挥发的物质。
所述载体由磁场能穿透的材料制成。
所述阴极发射体的另一端端面削平。
一种定向碳纳米管大电流冷阴极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将碳纳米管粉末与溶剂混合搅拌均匀得到碳纳米管悬浮液，其中，碳纳米管的一端附着有在磁场中能被磁化的金属催化剂；
步骤2，将载体置于磁场中，其中，载体的承载面与水平面垂直，磁场方向与水平面垂直；
步骤3，将碳纳米管悬浮液滴加于承载面，碳纳米管悬浮液在重力作用下沿承载面向下流淌形成溶液薄膜，碳纳米管一端附着的金属催化剂在磁场中被磁化，产生沿磁场方向的磁力，拖拽卷曲的碳纳米管运动，碳纳米管运动过程中，溶剂对碳纳米管产生粘滞力，碳纳米管受到的磁力与粘滞力方向相反，使得卷曲的碳纳米管被拉伸，进而使碳纳米管在悬浮液中定向排列，随着溶剂的自然挥发，碳纳米管定向排列地附着于承载面，形成定向碳纳米管薄膜；
步骤4，将定向碳纳米管薄膜从承载面取下，将所取下的定向碳纳米管薄膜卷成圆柱或圆筒状，得到阴极发射体，其中，所卷成圆柱或圆筒状的定向碳纳米管薄膜中的碳纳米管定向排列的方向与所卷成的圆柱或圆筒的轴线平行；或者，当载体为圆筒结构且其内壁或外壁为承载面或载体为圆柱结构且其侧壁为承载面时，将定向碳纳米管薄膜从承载面取下，得到阴极发射体；
步骤5，将阴极发射体的一端与基底连接，阴极发射体垂直于基底，得到定向碳纳米管大电流冷阴极。
待紧前的定向碳纳米管薄膜形成后，再次滴加碳纳米管悬浮液于承载面，再次滴加的碳纳米管悬浮液在紧前的定向碳纳米管薄膜外叠加形成一层新的定向碳纳米管薄膜，如此循环，逐层叠加，定向碳纳米管薄膜逐渐增厚，当载体为圆筒且其内壁或外壁为承载面或载体为圆柱结构且其侧壁为承载面时，最终呈圆柱或圆筒状。
所述碳纳米管悬浮液中，碳纳米管的浓度为0.01～1mg/mL。
一种定向碳纳米管大电流冷阴极，由所述制备方法制备而得。
本申请的有益技术效果是：
本申请的碳纳米管的一端附着有在磁场中能被磁化的金属催化剂，将载体置于磁场中，载体的承载面与水平面垂直，磁场方向与水平面垂直，将碳纳米管悬浮液滴加于载体如玻璃管的承载面，使碳纳米管悬浮液在载体如玻璃管的承载面（如玻璃管内壁，或者玻璃棒外壁，或者玻璃板表面）沿承载面向下流淌，碳纳米管一端附着的金属催化剂比如铁、或者镍颗粒在磁场中被磁化，产生沿磁场方向的磁力，拖拽卷曲的碳纳米管运动，碳纳米管运动过程中，溶剂比如乙醇对碳纳米管产生粘滞力，其方向与运动方向相反，即碳纳米管受到的磁力与粘滞力方向相反，使得卷曲的碳纳米管被拉伸，进而使碳纳米管在悬浮液中定向排列，然后溶剂挥发干燥，均匀定向排列的碳纳米管薄膜贴在承载面上，碳纳米管定向排列方向与承载面平行，形成垂直定向的碳纳米管薄膜，前述是本申请最核心的创新点。进一步的，待形成一层薄膜后再重复操作，多次滴加碳纳米管悬浮液，多层叠加累积变厚。然后，形成多层的垂直定向的碳纳米管薄膜。
本申请制备方法将碳纳米管悬浊液滴入承载面，使其在重力的作用下沿承载面缓慢下滑，有充分的时间受到磁场力的作用，至少能使尽可能多的碳纳米管定向排列，甚至能使沿承载面缓慢下滑的碳纳米管悬浊液中的碳纳米管实现全部定向排列。
在前述的基础上，将碳纳米管薄膜从承载面上取下，将所取下的碳纳米管薄膜卷曲成实心圆柱（或者空心圆柱即圆筒），碳纳米管方向与所卷成的圆柱或圆筒的轴线平行，得到阴极发射体；若载体为圆筒结构且其内壁或外壁为承载面或载体为圆柱结构且其侧壁为承载面时，将碳纳米管薄膜从承载面上取下即可，从而得到阴极发射体。将阴极发射体的一端与基底连接，阴极发射体垂直于基底，得到定向碳纳米管大电流冷阴极。另一种方法，载体为圆筒结构且其内壁为承载面时，所形成的定向碳纳米管薄膜为圆筒或圆柱状的阴极发射体，向载体内注入形成基底的流动性物质，干燥后形成的基底与阴极发射体的一端连接，阴极发射体垂直于基底，也能得到定向碳纳米管大电流冷阴极。
相比于传统的丝网印刷等制备碳纳米管场致发射冷阴极的方法，本申请提出的制备方法使得碳纳米管定向排列，所得到的阴极发射体呈圆柱或圆筒状，阴极发射体的一端与基底连接，阴极发射体垂直于基底，得到定向碳纳米管大电流冷阴极，其中，阴极发射体中的碳纳米管垂直于基底方向定向排列，阴极发射体呈圆柱或圆筒状，优点在于这种结构的场发射冷阴极发射面积大，其碳纳米管垂直定向排列，在发射面上有大量的碳纳米管末端发射，因此能产生更大的电流，发射电流可达到20mA，并且本申请制备方法成本低，生产过程简单，无需掺杂其他物质，这减少了其他物质对碳纳米管的发射性能的影响。
附图说明
图1为本申请碳纳米管悬浮液中碳纳米管形状示意图。
图2为本申请生产装置及磁场分布简图。
图3为本申请碳纳米管悬浮液滴入玻璃管示意图。
图4为本申请乙醇挥发后，碳纳米管定向附着于玻璃管内壁示意图。
图5为本申请制备得到的一种定向碳纳米管大电流冷阴极的结构示意图。
图6为本申请的一种方法的整体工艺流程图。
图7为本申请的银浆注入玻璃管底部与碳纳米管紧密接触示意图。
图8为本申请制备得到的另一种定向碳纳米管大电流冷阴极的结构示意图。
图9为本申请制备得到的再一种定向碳纳米管大电流冷阴极的结构示意图。
具体实施方式
下面给出的实例是对本申请的具体描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本申请作进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制。
本申请提供的一种定向碳纳米管大电流冷阴极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将碳纳米管粉末与溶剂混合搅拌均匀得到碳纳米管悬浮液，其中，碳纳米管的一端附着有在磁场中能被磁化的金属催化剂；
步骤2，将载体置于磁场中，其中，载体的承载面与水平面垂直，磁场方向与水平面垂直；其中，载体为圆筒结构且其内壁为承载面；
步骤3，将碳纳米管悬浮液滴加于承载面，碳纳米管悬浮液在重力作用下沿承载面向下流淌形成溶液薄膜，碳纳米管一端附着的金属催化剂在磁场中被磁化，产生沿磁场方向的磁力，拖拽卷曲的碳纳米管运动，碳纳米管运动过程中，溶剂对碳纳米管产生粘滞力，碳纳米管受到的磁力与粘滞力方向相反，使得卷曲的碳纳米管被拉伸，进而使碳纳米管在悬浮液中定向排列，随着溶剂的自然挥发，碳纳米管定向排列地附着于承载面，形成定向碳纳米管薄膜，所形成的定向碳纳米管薄膜为圆筒或圆柱状的阴极发射体；
步骤4，向载体内注入形成基底的流动性物质，干燥后形成的基底与阴极发射体的一端连接，得到定向碳纳米管大电流冷阴极。
在一些实施例中，待紧前的定向碳纳米管薄膜形成后，再次滴加碳纳米管悬浮液于承载面，再次滴加的碳纳米管悬浮液在紧前的定向碳纳米管薄膜外叠加形成一层新的定向碳纳米管薄膜，如此循环，逐层叠加，定向碳纳米管薄膜逐渐增厚，最终呈圆柱或圆筒状。
本申请提供的另一种定向碳纳米管大电流冷阴极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将碳纳米管粉末与溶剂混合搅拌均匀得到碳纳米管悬浮液，其中，碳纳米管的一端附着有在磁场中能被磁化的金属催化剂；
步骤2，将载体置于磁场中，其中，载体的承载面与水平面垂直，磁场方向与水平面垂直；
步骤3，将碳纳米管悬浮液滴加于承载面，碳纳米管悬浮液在重力作用下沿承载面向下流淌形成溶液薄膜，碳纳米管一端附着的金属催化剂在磁场中被磁化，产生沿磁场方向的磁力，拖拽卷曲的碳纳米管运动，碳纳米管运动过程中，溶剂对碳纳米管产生粘滞力，碳纳米管受到的磁力与粘滞力方向相反，使得卷曲的碳纳米管被拉伸，进而使碳纳米管在悬浮液中定向排列，随着溶剂的自然挥发，碳纳米管定向排列地附着于承载面，形成定向碳纳米管薄膜；
步骤4，将定向碳纳米管薄膜从承载面取下，将所取下的定向碳纳米管薄膜卷成圆柱或圆筒状，得到阴极发射体，其中，所卷成圆柱或圆筒状的定向碳纳米管薄膜中的碳纳米管定向排列的方向与所卷成的圆柱或圆筒的轴线平行；或者，当载体为圆筒结构且其内壁或外壁为承载面或载体为圆柱结构且其侧壁为承载面时，将定向碳纳米管薄膜从承载面取下，得到阴极发射体；
步骤5，将阴极发射体的一端与基底连接，得到定向碳纳米管大电流冷阴极。
在一些实施例中，待紧前的定向碳纳米管薄膜形成后，再次滴加碳纳米管悬浮液于承载面，再次滴加的碳纳米管悬浮液在紧前的定向碳纳米管薄膜外叠加形成一层新的定向碳纳米管薄膜，如此循环，逐层叠加，定向碳纳米管薄膜逐渐增厚，当载体为圆筒且其内壁或外壁为承载面或载体为圆柱结构且其侧壁为承载面时，最终呈圆柱或圆筒状。
在一些实施例中，碳纳米管悬浮液中，碳纳米管的浓度为0.01～1mg/mL。
在一些实施例中，溶剂为易挥发的物质较佳。比如，溶剂可以但不限于为乙醇。
在一些实施例中，步骤1中，采用磁力搅拌机搅拌均匀。
在一些实施例中，载体由磁场能穿透的材料制成。比如，载体可以但不限于为玻璃管、塑料管、铜管等容易剥离、由不影响磁场穿透的材料制成的物体。
在一些实施例中，阴极发射体的另一端端面削平，得到平整的阴极发射面，有利于提高阴极发射电子束的质量。
前述金属催化剂可以但不限于为铁或镍颗粒。
后文以圆筒结构的玻璃管作为载体为例，对本申请进一步说明，其中，溶剂采用乙醇，玻璃管的内壁作为承载面，这不构成对本申请要求保护范围的限制。
参见图5、8、9，本申请提供了一种定向碳纳米管大电流冷阴极，其包括基底11和阴极发射体10，其中基底11可以使用银浆在恒温箱中干燥固化产生，阴极发射体10微呈圆柱或圆筒状的定向碳纳米管薄膜，基底11与阴极发射体10的一端充分接触连接。
实施例1
参见图1-5，本申请的一种定向碳纳米管大电流冷阴极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：碳纳米管悬浮液配制：将碳纳米管2粉末与乙醇1混合，使用磁力搅拌机充分搅拌均匀，得到碳纳米管悬浮液7，如图1、3所示；其中，碳纳米管悬浮液的浓度为0.01～1mg/mL，碳纳米管2的一端附着有在磁场中能被磁化的金属催化剂3；
步骤2：定向碳纳米管薄膜制备：将玻璃管4垂直地面放置在线圈5正中央，线圈5通电后在玻璃管4中央产生竖直方向的强磁场6（见图2），使得玻璃管4内壁与水平面垂直，线圈5产生的强磁场6方向与水平面垂直；
步骤3，将碳纳米管悬浮液持续缓慢滴入玻璃管4内壁，碳纳米管悬浮液7在重力作用下缓慢地在玻璃管4内壁向下流淌形成溶液薄膜（见图3，其中，8所指示的为胶头滴管或其他滴液工具），碳纳米管2一端附着的金属催化剂3比如铁或镍颗粒被磁化而受到磁力作用而使碳纳米管2定向排列，随着乙醇1的自然挥发，碳纳米管2定向排列地附着于玻璃管4内壁，形成定向碳纳米管薄膜9（见图4）；较佳的，待紧前的定向碳纳米管薄膜9形成后，再次滴加碳纳米管悬浮液于承载面，再次滴加的碳纳米管悬浮液在紧前的定向碳纳米管薄膜外叠加形成一层新的定向碳纳米管薄膜，如此循环，逐层叠加，定向碳纳米管薄膜逐渐增厚；
步骤4：卷曲阴极发射体制备：定向碳纳米管薄膜9形成后，从玻璃管4中取出碳纳米管薄膜9，将其卷成圆柱或圆筒状，得到阴极发射体10，该阴极发射体10为卷曲阴极发射体，其中，碳纳米管定向排列的方向与圆柱或圆筒的轴线方向平行（见图5、8、9）；
步骤5：定向碳纳米管大电流冷阴极制备：使用银浆与阴极发射体10的一端如下端紧密接触，干燥后银浆作为基底11，阴极发射体10垂直于基底11，得到定向碳纳米管大电流冷阴极，如图5、8、9。
在一些实施例中，实施例1步骤4得到阴极发射体10后，可以不采用步骤5的方式得到基底11，比如可以采用事先制作的基底11与得到的阴极发射体10连接，从而得到定向碳纳米管大电流冷阴极。
在一些实施例中，前述实施例1的载体限于圆筒结构的玻璃管4，还可以是圆柱结构的物体或其他结构的物体，等等。前述实施例1的承载面不限于圆柱曲面，还可以是平面等等。
实施例2
参见图6，本申请的一种定向碳纳米管大电流冷阴极的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：碳纳米管悬浮液配制：将碳纳米管2粉末与乙醇1混合，使用磁力搅拌机充分搅拌均匀，得到碳纳米管悬浮液7，如图1、3所示；其中，碳纳米管悬浮液7的浓度为0.01～1mg/mL，碳纳米管2的一端附着有在磁场中能被磁化的金属催化剂3；
步骤2：定向碳纳米管薄膜制备：将玻璃管4垂直地面放置在线圈5正中央，线圈5通电后在玻璃管4中央产生竖直方向的强磁场6（见图2），使得玻璃管4内壁与水平面垂直，线圈5产生的强磁场6方向与水平面垂直；
步骤3，将碳纳米管悬浮液持续缓慢滴入玻璃管4内壁，碳纳米管悬浮液7在重力作用下缓慢地在玻璃管4内壁向下流淌形成溶液薄膜（见图3，其中，图3中代号8所指示的为胶头滴管或其他滴液工具），碳纳米管2一端附着的金属催化剂3比如铁或镍颗粒被磁化而受到磁力作用而使碳纳米管2定向排列，随着乙醇1的自然挥发，碳纳米管2定向排列地附着于玻璃管4内壁，形成定向碳纳米管薄膜9（见图4），所形成的定向碳纳米管薄膜9为圆筒或圆柱状的阴极发射体10，见图5、8、9；较佳的，待紧前的定向碳纳米管薄膜9形成后，再次滴加碳纳米管悬浮液于承载面，再次滴加的碳纳米管悬浮液在紧前的定向碳纳米管薄膜外叠加形成一层新的定向碳纳米管薄膜，如此循环，逐层叠加，定向碳纳米管薄膜逐渐增厚，最终呈圆柱或圆筒状；
步骤4：定向碳纳米管大电流冷阴极制备：银浆注入玻璃管4内，使银浆与玻璃管内的阴极发射体10的一端如下端紧密接触（见图7），干燥后银浆作为基底11，阴极发射体10垂直于基底11，得到定向碳纳米管大电流冷阴极（见图5、8、9）。
在一些实施例中，前述实施例的载体不限于玻璃管4，还可以是其他的，如玻璃管、塑料管、铜管等。
需要说明的是，上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何适合的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本申请对各种可能的组合方式不再进行描述。
上面参照实施例对本申请进行了详细描述，是说明性的而不是限制性的，在不脱离本申请总体构思下的变化和修改，均在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种定向碳纳米管大电流冷阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将碳纳米管粉末与溶剂混合搅拌均匀得到碳纳米管悬浮液，其中，碳纳米管的一端附着有在磁场中能被磁化的金属催化剂；
步骤2，将载体置于磁场中，其中，载体的承载面与水平面垂直，磁场方向与水平面垂直；其中，载体为圆筒结构且其内壁为承载面；
步骤3，将碳纳米管悬浮液滴加于承载面，碳纳米管悬浮液在重力作用下沿承载面向下流淌形成溶液薄膜，碳纳米管一端附着的金属催化剂在磁场中被磁化，产生沿磁场方向的磁力，拖拽卷曲的碳纳米管运动，碳纳米管运动过程中，溶剂对碳纳米管产生粘滞力，碳纳米管受到的磁力与粘滞力方向相反，使得卷曲的碳纳米管被拉伸，进而使碳纳米管在悬浮液中定向排列，随着溶剂的自然挥发，碳纳米管定向排列地附着于承载面，形成定向碳纳米管薄膜，所形成的定向碳纳米管薄膜为圆筒或圆柱状的阴极发射体；
步骤4，向载体内注入形成基底的流动性物质，干燥后形成的基底与阴极发射体的一端连接，阴极发射体垂直于基底，得到定向碳纳米管大电流冷阴极。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，待紧前的定向碳纳米管薄膜形成后，再次滴加碳纳米管悬浮液于承载面，再次滴加的碳纳米管悬浮液在紧前的定向碳纳米管薄膜外叠加形成一层新的定向碳纳米管薄膜，如此循环，逐层叠加，定向碳纳米管薄膜逐渐增厚，最终呈圆柱或圆筒状。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述碳纳米管悬浮液中，碳纳米管的浓度为0.01～1mg/mL。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述溶剂为易挥发的物质。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述载体由磁场能穿透的材料制成。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述阴极发射体的另一端端面削平。
7.一种定向碳纳米管大电流冷阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，将碳纳米管粉末与溶剂混合搅拌均匀得到碳纳米管悬浮液，其中，碳纳米管的一端附着有在磁场中能被磁化的金属催化剂；
步骤2，将载体置于磁场中，其中，载体的承载面与水平面垂直，磁场方向与水平面垂直；
步骤3，将碳纳米管悬浮液滴加于承载面，碳纳米管悬浮液在重力作用下沿承载面向下流淌形成溶液薄膜，碳纳米管一端附着的金属催化剂在磁场中被磁化，产生沿磁场方向的磁力，拖拽卷曲的碳纳米管运动，碳纳米管运动过程中，溶剂对碳纳米管产生粘滞力，碳纳米管受到的磁力与粘滞力方向相反，使得卷曲的碳纳米管被拉伸，进而使碳纳米管在悬浮液中定向排列，随着溶剂的自然挥发，碳纳米管定向排列地附着于承载面，形成定向碳纳米管薄膜；
步骤4，将定向碳纳米管薄膜从承载面取下，将所取下的定向碳纳米管薄膜卷成圆柱或圆筒状，得到阴极发射体，其中，所卷成圆柱或圆筒状的定向碳纳米管薄膜中的碳纳米管定向排列的方向与所卷成的圆柱或圆筒的轴线平行；或者，当载体为圆筒结构且其内壁或外壁为承载面或载体为圆柱结构且其侧壁为承载面时，将定向碳纳米管薄膜从承载面取下，得到阴极发射体；
步骤5，将阴极发射体的一端与基底连接，阴极发射体垂直于基底，得到定向碳纳米管大电流冷阴极。
8.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，待紧前的定向碳纳米管薄膜形成后，再次滴加碳纳米管悬浮液于承载面，再次滴加的碳纳米管悬浮液在紧前的定向碳纳米管薄膜外叠加形成一层新的定向碳纳米管薄膜，如此循环，逐层叠加，定向碳纳米管薄膜逐渐增厚，当载体为圆筒且其内壁或外壁为承载面或载体为圆柱结构且其侧壁为承载面时，最终呈圆柱或圆筒状。
9.根据权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述碳纳米管悬浮液中，碳纳米管的浓度为0.01～1mg/mL。
10.一种定向碳纳米管大电流冷阴极，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述制备方法制备而得。
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