CN1329936C - 粉末冶金法制备碳纳米管场发射冷阴极的方法 - Google Patents
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Abstract
利用粉末冶金工艺制备碳纳米管场发射冷阴极的方法。其方法为：a.将金属粉末与碳纳米管混合，然后进行研磨，研磨后的颗粒直径小于0.5微米；b.用压机将研磨后的金属粉末与碳纳米管的混合物压制成阴极的形状；c.在真空度高于1×10-2Pa的真空烧结炉中进行烧结，烧结的温度为300-2000摄氏度，时间为0.5-10小时；d.用腐蚀液去除表面的一薄层金属，使碳纳米管突出来。根据所用不同金属粉末材料，金属粉末与碳纳米管混合的比例为2∶1到15∶1。应用这种技术可以显著提高碳纳米管的附着力，改善碳纳米管的抗轰击能力，延长阴极的寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备碳纳米管场发射冷阴极的方法，尤其是通过粉末冶金的工艺制备碳纳米管场发射冷阴极的方法。
背景技术
场发射器件是一种冷阴极发射，电流密度大、功耗低、响应速度快、工作温度范围大、抗辐射、可靠性高等特点，因此对场发射器件的研究一直非常的活跃，特别是近年来碳纳米管以其优异的场发射性能吸引了越来越多的注意，为场发射器件的研究开创了一个新方向。一般碳纳米管阴极的制作是通过化学气相沉积的方法，在衬底材料上经过催化剂的作用生长出碳纳米管。但是采用这种方法制备的碳纳米管主要是在底部同衬底连接，与衬底的结合力较差，在高电场的作用下会受到离子轰击而从衬底上脱落，造成发射电流明显下降。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种粉末冶金法制备碳纳米管场发射冷阴极的方法，用该方法制备的碳纳米管场发射冷阴极能显著提高碳纳米管的附着力，改善碳纳米管的抗离子轰击能力，延长场发射冷阴极的寿命。
技术方案：本发明用粉末冶金工艺，将金属粉末与碳纳米管混合后进行研磨，然后经压制和真空烧结工艺制成块状材料，再通过腐蚀去除表面的一薄层金属，使碳纳米管在表面上突出来以便容易产生发射电流。这样，碳纳米管将被金属材料包围，显著提高碳纳米管的附着力，改善碳纳米管的抗离子轰击能力，延长场发射冷阴极的寿命。具体工艺步骤如下：
a、将金属粉末与碳纳米管混合，然后进行研磨，研磨后的颗粒直径小于0.5微米；
b、用压机将研磨后的金属粉末与碳纳米管的混合物压制成阴极的形状；
c、在真空度高于1×10-2Pa的真空烧结炉中进行烧结，烧结的温度为300-2000摄氏度，时间为0.5-10小时；
d、用腐蚀液去除表面的一薄层金属，使碳纳米管突出来。
根据所用不同金属粉末材料，金属粉末与碳纳米管混合的比例为2∶1到15∶1。
此时，阴极表面的最外层是碳纳米管的上部，碳纳米管的下部嵌在阴极里面。
有益效果：这种方法可以利用现有的粉末冶金工艺制备碳纳米管场发射冷阴极。利用这种方法制备的阴极抗离子轰击能力强，使用寿命长。它包括金属粉末与碳纳米管按比例混合，利用球磨机对其研磨，压制成形，真空烧结，表面金属腐蚀的工艺。应用这种技术可以提高碳纳米管的附着力，增强碳纳米管的抗轰击能力，延长阴极的寿命。这种方法可以适用于多种金属粉末。
具体实施方式
实施例1：在本例中，我们以铝粉与碳纳米管混合为例来说明如何实现本发明。具体步骤如下：
1.将铝粉与碳纳米管按重量比12∶1的比例混合，然后利用球磨机将其研磨成直径在0.5微米以下的粉末；
2.利用压机将铝粉与碳纳米管混合后的粉末压制成阴极所需要的形状；
3.在真空烧结炉中对压制好的材料进行烧结，烧结温度为600摄氏度左右，保温时间1小时左右；
4、将烧结好的材料放入浓度为30％的硫酸中进行表面腐蚀，去除最外层的一薄层铝，使碳纳米管突出来。
实施例2：在本例中，我们以钼粉与碳纳米管混合为例来说明如何实现本发明。具体步骤如下：
1.将钼粉与碳纳米管按重量比3∶1的比例混合，然后利用球磨机将其研磨成直径在0.5微米以下的粉末；
2.利用压机将钼粉与碳纳米管混合后的粉末压制成阴极所需要的形状；
3.在真空烧结炉中对压制好的材料进行烧结，烧结温度为1500～2000摄氏度左右，保温时间10小时左右；
4.将烧结好的材料放入浓度为30％的硝酸中进行表面腐蚀，去除最外层的一薄层钼，使碳纳米管突出来。
Claims (2)
1、一种粉末冶金法制备碳纳米管场发射冷阴极的方法，其特征在于制备的步骤为：
a、将金属粉末与碳纳米管混合，然后进行研磨，研磨后的颗粒直径小于0.5微米：
b、用压机将研磨后的金属粉末与碳纳米管的混合物压制成形阴极的形状；
c、在真空烧结炉中进行烧结，烧结的温度为300-2000摄氏度，时间为0.5-10小时；
d、用腐蚀液去除表面的一薄层金属，使碳纳米管突出来，
根据所用不同金属粉末材料，金属粉末与碳纳米管混合的比例为2∶1到15∶1。
2、根据权利要求1所述的粉末冶金法制备碳纳米管场发射冷阴极的方法，其特征在于在真空度高于1×10-2Pa的真空烧结炉中进行烧结。
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