CN1375451A - 制备纳米碳的方法、纳米碳、含其的材料及制备设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种制备纳米碳的方法,该方法包括通过电弧放电,蒸发一种以碳作为主要成分的产生电弧的材料,该方法不需要加工容器等,但是需要一种设备,该设备有焊接电弧焊炬或类似结构,从而生成烟炱。提供一种以该烟炱制备电子发射源的方法和设备。作为第一电极的电弧焊炬1的焊炬电极10放置在使用石墨作为第二电极的产生电弧的材料的对面。在焊炬电极10和产生电弧的材料的边缘部分提供电压,产生电弧放电,从而蒸发暴露在电弧放电区域的产生电弧的材料的边缘,生成烟炱。生成的烟炱通过一个具有图案开孔的掩模版沉积在衬底上面,该衬底放置在电弧放电区域的对面。

Description

制备纳米碳的方法、 纳米碳、含其的材料 及制备设备
发明背景
发明领域
本发明涉及一种制备纳米碳的方法和用该方法制备的纳米碳，以及含有纳米碳和金属颗粒的复合材料或混合材料，和一种制备纳米碳的设备，一种对纳米碳进行构图的方法和用该方法构图的纳米碳基底材料，以及应用该构图的纳米碳基底材料的电子发射源。
本发明特别适用于由纳米级(10-6～10-9m)颗粒构成的电子发射源的制备方法，该颗粒由作为主要成分或气体储存材料如氢储存材料的碳构成。
现有技术的说明
对电子发射源的解释如下：
场致电子发射源与需要热量的热电子发射源相比，具有节能和使用寿命长的特点。目前，用作场致电子发射源的材料包括半导体材料，如Si(硅)；金属材料，如Mo(钼)、W(钨)等，和以碳纳米管为代表的纳米级碳材料(下文中称为“碳纳米材料”)。首先，碳纳米材料对于集中电场来讲，具有足够的大小和锐度，而且具有相对的化学稳定性和很好的机械强度，所以，用于电子发射源具有很好的应用前景。
制备一般的碳纳米材料的纳米管的传统方法包括：激光磨蚀法、在惰性气体中在石墨电极之间的电弧放电法，使用气态烃的CVD(化学气相沉积)法等。具体来说用电弧放电法制备的纳米管，由于其在原子排列方面几乎没有缺陷，所以适用于场致电子发射源。
对传统的电弧放电法的描述如下：
首先，将两块石墨电极相对地放置在容器里，然后将容器抽真空，惰性气体被导入到容器中而产生电弧。强烈地蒸发被电弧照射的阳极而产生烟炱，该烟炱沉积在阴极表面上。经过连续超过几分钟的电弧放电后，使设备与大气相通，取出阴极上的沉积物。阴极上的沉积物由含有纳米管的软核和不含有纳米管的硬壳组成。当含有金属催化剂的石墨作为阳极时，纳米管存在于烟炱中。从衬底上固定的软核或烟炱中分离出纳米管，该纳米管可以用作电子发射源。
依据传统的电弧放电法制备的碳纳米材料，如纳米管，以及用碳纳米材料构成的电子发射源的制备方法，存在以下问题：
在制备纳米材料时，需要一个真空容器，一个真空排气系统和气体导入设备，设备的成本相当高。排气和与大气相通需要重复进行，而且过程长。因为每次该过程完成之后，都需要进行阴极上的沉积物或烟炱的回收和设备的清洗，所以，传统的方法不适合于连续、大批量的生产。除此之外，为了用以该方法制备的碳纳米材料制造电子发射元件，还需要诸如分离软核和硬壳，分离烟炱、提纯、固定在衬底上等工序。
发明概述
本发明的一个目的是提供一种制备纳米碳的方法，该方法包括通过电弧放电的方法，蒸发一种以碳作为主要成分的材料，该方法不需要加工容器等，但是需要一种设备，该设备有焊接电弧焊炬或类似结构，从而生成含有纳米碳的烟炱并回收烟炱，并提供制备纳米碳的设备。
本发明的另一个目的是提供一种制备电子发射源的方法，其中纳米碳作为电子发射源，其包括将烟炱承载在衬底上，并提供制备电子发射源的设备。
本发明的另一个目的是提供一种回收烟炱的方法，其包括将基底材料置于放电区域周围或烟炱溅射的周围，通过基底材料回收沉积在基底材料上的烟炱，并提供回收烟炱的设备，这样会使生产和回收都很简单。同样，本发明的另一个目的是提供一种回收烟炱的方法，其包括将流体(液体)材料置于放电区域周围或烟炱溅射的周围，通过流体回收分散的和溶解在流体中的烟炱，并提供回收烟炱的设备。同样，本发明的另一个目的是提供一种回收烟炱的方法，其包括将颗粒材料置于放电区域周围或烟炱溅射的周围，通过颗粒材料来回收沉积或分散在颗粒材料上的烟炱，并提供回收烟炱的设备。
此外，回收的纳米碳或含有纳米碳和金属细颗粒的复合烟炱(复合材料)可以用作氢储存材料。
本发明的所有目的可以通过下面论述的几个方面来实现。
本发明的第一个方面，提供一种制造纳米碳的方法，该方法包括如下步骤：在大气或空气中将第一电极放置在主要以碳作为主要成分的第二电极对面；在第一电极和第二电极之间使用高压产生电弧放电；蒸发第二电极的碳材料，通过上述电弧放电产生含有纳米碳的烟炱；回收含有纳米碳的烟炱。
在本发明的第一个方面所述的方法中，第一电极是安装在电弧焊炬上的焊炬电极，方法包括如下步骤：当焊炬电极和第二电极进行相对运动时，通过电弧放电蒸发第二电极的碳材料，产生含有纳米碳的烟炱。
在本发明的第一个方面所述的方法中，基底材料放置在产生电弧放电区域的对面，该方法包括从基底材料上回收含有纳米碳的烟炱的步骤。
在本发明的第一个方面所述的方法中，流体或颗粒材料放置在产生电弧放电区域的对面，该方法包括从流体或颗粒材料上回收含有纳米碳的烟炱的步骤。
在本发明的第一个方面所述的方法中，第一电极和第二电极之间的角度范围是45度到135度。
在本发明的第一个方面所述的方法中，烟炱材料包括单层碳纳米管、碳纳米筒、多层碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米颗粒、CN纳米管、CN纳米纤维、CN纳米颗粒、BCN纳米管、BCN纳米纤维、BCN纳米颗粒、富勒烯及其混合物。
在本发明的第一个方面所述的方法中，烟炱是含有纳米碳和金属细颗粒的混合或复合烟炱。
在本发明的第一个方面所述的方法中，第二电极的碳材料是石墨、活性碳或无定形碳，含有添加剂或嵌入添加剂的石墨、活性碳或无定形碳。
在上述刚刚描述的方法中，添加剂可以是：Li、B、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Y、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、In、Sn、Sb、La、Hf、Ta、W、Os、Pt，或其氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐或其混合物。
在本发明的第一个方面所述的方法中，用直流电或直流电等离子体进行电弧放电，第二电极的电弧放电是阴极电弧放电。
在本发明的第一个方面所述的方法中，用交流电或交流电等离子体进行电弧放电。
在本发明的第一个方面所述的方法中，通过在第二电极的边缘端、突出或凹进去的部分，使用电弧放电蒸发碳材料，产生含有纳米碳的烟炱。
在本发明的第一个方面所述的方法中，当在电弧放电的区域通入特定的气体或空气的同时进行电弧放电。
在本发明的第一个方面所述的方法中，特定气体可以是如氩、氦等的稀有气体，氮气、二氧化碳气、氧气、氢气或其混合气体。
在本发明的第一个方面所述的方法中，第一电极含有作为主要成分的高熔点的金属，如石墨、W(钨)、Mo(钼)或Ni(镍)等。
依据本发明的第二个方面，提供一种根据本发明的第一个方面的方法制备的纳米碳。
依据本发明的第三个方面，提供一种含有纳米碳和金属颗粒的复合或混合材料，该材料用本发明的第一个方面的方法来制备。
依据本发明的第四个方面，提供一种制备纳米碳的设备，该设备包括：一对电极，其包括第一电极，和以碳材料或含有添加剂的碳材料或在其表面上有添加剂生成的碳材料作为主要成分的第二电极，将两个电极以一定的距离放置在大气或空气中；产生电弧的设备，其包括电源，该电源在第一电极和第二电极之间提供电压产生电弧放电，从而蒸发碳材料产生含有纳米碳的烟炱；在产生电弧放电的区域提供特定气体的设备；回收烟炱的回收设备。
在本发明的第四个方面的设备中，第一电极是安装在电弧焊炬上的焊炬电极；其进一步包括相对于第二电极移动焊炬电极的装置，当相对于第二电极移动焊炬电极时，焊炬电极和第二电极之间的电压通过电弧放电产生含有纳米碳的烟炱，因此，在第二电极的边缘端、突出或凹进去的地方蒸发碳材料。
在本发明的第四个方面的设备中，回收设备采用流体或颗粒材料；该设备进一步包括一个放置流体或颗粒材料的容器，该材料放置在产生电弧放电区域的对面；通过流体或颗粒材料来回收含有纳米碳的烟炱。
在上述刚刚描述的设备中，流体是水、液体或在低于产生电弧放电的温度下具有流动性的油体。
在本发明的第四个方面的设备中，该设备进一步包括一个遮盖物，至少遮盖第一和第二电极之间产生电弧放电的区域。
依据本发明的第五个方面，提供一种在纳米碳上构图的方法，其包括以下步骤：在大气或空气中，将第一电极放置在主要以碳材料作为主要成分的第二电极的对面；在第一电极和第二电极之间提供电压产生电弧放电；通过电弧放电蒸发第二电极上的碳材料产生含有纳米碳的烟炱；在产生电弧放电的区域对面放置一个基底材料，在基底材料的上面放置一个具有构图开孔的掩模版，由此在对应于开孔的基底材料表面上沉积含有纳米碳的烟炱。
在第五个方面的方法中，该方法进一步包括以下步骤：在产生电弧放电的区域对面放置流体基底材料，由此在对应于开孔的基底材料表面上沉积含有纳米碳的烟炱。
依据本发明的第六个方面，提供一种在纳米碳上构图的方法，包括以下步骤：在大气或空气中，将第一电极放置在主要以碳材料作为主要成分的第二电极的对面；在第一电极和第二电极之间提供电压产生电弧放电；通过电弧放电蒸发第二电极上的碳材料产生含有纳米碳的烟炱；在产生电弧放电的区域对面放置一个基底材料，在基底材料的上面放置一个胶粘层，由此至少在胶粘层上沉积含有纳米碳的烟炱。
依据本发明的第五或第六个方面中在纳米碳上构图的方法，第一电极是安装在电弧焊炬上的焊炬电极，该方法进一步包括：当相对于第二电极移动焊炬电极的同时通过电弧放电，在第二电极的边缘端、突出或凹进去的地方蒸发碳材料，从而产生含有纳米碳的烟炱。
依据本发明的第七个方面，依照本发明的第五或第六方面的方法，提供一种构图的纳米碳基底材料。
依据本发明的第八个方面，提供一种电子发射源，其特征在于依据本发明的第七方面，该电子发射源使用一种构图的纳米碳基底材料。
附图简述
为了更彻底地理解本发明，可以参考以下详细的附图说明，其中：
图1表示制备纳米碳(含有纳米碳和金属颗粒的复合烟炱)的设备的示意图。
图2表示如图1所示的制备纳米碳的设备的部分剖面放大图。
图3表示产生电弧的材料中加入添加剂的变化透视图。
图4表示电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间的角度的部分剖面放大图。
图5表示电弧焊炬1和产生电弧的材料2放置在同一直线上时的示意图。
图6表示调整电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间的角度来控制烟炱14释放的方向的状态的示意图。
图7表示在特定的地方形成纳米碳(构图)的方法的实施例的示意图。
图8表示在特定的地方形成纳米碳(构图)的方法的另一个实施例的示意图。
图9表示应用图7的方法制备的具有特定图案(字母TUT的排列)的电子发射源。
图10表示通过图9的方法制备的具有特定图案(沉积物的表面)的电子发射源的表面的状态。
图11表示如图10所示的在具有特定图案(沉积物的表面)的电子发射源中存在的单层纳米管。
图12表示利用如图1所示的设备制备的烟炱，在低放大倍数的透射电子显微镜(TEM)下的显微照片。
图13表示利用如图1所示的设备制备的烟炱(含有单层纳米管和金属细颗粒的复合物)，在高放大倍数的透射电子显微镜(TEM)下的显微照片。
图14表示利用如图1所示的设备制备的烟炱(纳米筒)，在高放大倍数的透射电子显微镜(TEM)下的显微照片。
图15表示依据本发明的实施例，测量电子发射源的电子发射性能的仪器的示意图。
图16表示依据本发明的实施例，电子发射源的电子发射性能的图表。
优选的实施方案详述
本发明优选的实施方案详述要参考附图来进行说明。但是应当理解的是，本发明并不局限于图中所显示的结构，还包括在设计上的各种修正和改变。
依照本发明，一种碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米颗粒(包括纳米筒)、CN纳米管、CN纳米纤维、CN纳米颗粒、BCN纳米管、BCN纳米纤维、BCN纳米颗粒、富勒烯或其混合物，都被称为″碳纳米材料″。本发明中含有纳米碳的烟炱中只含有碳，或者除了碳之外还至少含有金属细颗粒。
图1表示一种设备的示意图，该设备可以用于制造纳米碳，在纳米碳上构图，制造纳米碳和含有纳米碳和金属细颗粒的复合材料(复合烟炱)的方法，和制造一种纳米碳基底材料和电子发射源的方法。在图1中所示的设备，也包括构图的设备。
依据本发明的实施方案，短时间内在产生电弧的材料的边缘部分，通过使用焊接电弧焊炬产生电弧放电。此焊接电弧焊炬可以是如通用的TIG(钨的惰性气体焊接)等，在大气(或者在大气压下)、空气或给定的气体中，电源(焊接电源)蒸发产生电弧的材料而产生含有纳米碳的烟炱，含有纳米碳的烟炱沉积在一个基底材料上，该材料作为一个回收元件(收集元件)。
本申请中使用的术语“空气”指一种气体组合物，一般说来包括氮(x)和氧(y)，氮和氧的比率为4∶1，“在空气中”的表述指大约0.5～1.5大气压力(50千帕～150千帕)。
TIG焊接是一种焊接方法，通常在惰性气体的包围下，在钨电极和基底材料之间，产生电弧放电，如果需要，可以加入一种附加的金属。
如图1所示，本发明的设备包括一种配备有焊炬电极10的焊接电弧焊炬1，以之作为第一电极；产生电弧的材料2作为第二电极放置在电弧焊炬1的对面；用于焊接的电源5，此电源5在电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间提供电压，例如，接触引烧，高电压操作，高频率操作等等以便产生电弧4，通过此方法蒸发产生电弧的材料而产生含有纳米碳的烟炱，一种衬底(基底材料)3例如玻璃等等作为回收材料，烟炱沉积在电弧4对面的衬底上面；气体储气瓶6作为气源，给电弧焊炬1提供特定气体；气体调整器和流量计7用来调整来自于气体储气瓶6中的气体流量。焊炬电极10放置在产生电弧的材料2对面，该材料在大气或空气中主要以碳材料作为主要成分。参考数字8是电弧焊炬1的端部或前端。参考数字14是放置在衬底3上的烟炱。
图2是如图1所示的制备纳米碳的设备中电弧焊炬1的端部8的放大剖面图。如图2所示，电弧焊炬1的端部8包括一个电弧焊炬1的喷嘴9；一个由钨等制成的焊炬电极10作为第一电极；夹持焊炬电极10的电极固定架11；在喷嘴9和电极固定架11之间有一段区域(电弧放电产生区域)这个区域作为被封闭的气体的流通渠道12，该气体用于在电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间产生电弧4。
通用的TIG的电源5中有一个机械装置，该装置可以使特定气体12流入电弧焊炬1中，通常使用Ar(氩)气。对于生产纳米碳中应用的气体没有特定的限定，但可以是稀有气体，例如Ar、He等，空气、Ni(氮)气、包含碳的气体例如CO2(二氧化碳)气、O2(氧气)、H2(氢气)或者是其混合气体。不需要气体流动。但是，最好使气体12流进电弧焊炬12。
具体来说，最优选使用稀有气体。因为稀有气体与纳米碳不发生化学反应，形成的纳米碳很难被破坏。也就是说，纳米碳和氧等在空气中燃烧的气体，可能发生化学反应。即，有一种很大的可能性，形成的纳米碳会被气化或被变性，而稀有气体可以有效的防止这类化学反应发生。
当大量的压缩气体12流动时，可能阻止沉积物沉积在第一电极上(阴极)。如果压缩气体的量很小，沉积物就会形成，就引起第一电极的变形。这种情况下，产生的电弧放电就不稳定。
虽然本发明基本上不需要容器，但本发明可以在一个作为封闭设备的简单的容器中进行操作，例如：真空容器或加压容器，这样可以保持工作区的整洁，可以在惰性气体中操作，还可以有效的防止由于风而产生的转化的影响。整个的设备包括一个工作部分，此部分可以放置在敞口的或封闭的容器内。容器(被封闭的容器)内的压力没有特殊的限制，但是从可操作性的观点出发，在大气压的压力范围附近较适宜。“在大气压附近”表示，例如，大约0.9～1.1大气压(90Kpa～110kPa)。类似，大气一般意味着环绕天体的气体，此天体主要指地球。实际上，大气是一种由氮气和氧气作为主要成分，和少量的CO2、氖气、氦气、甲烷、氢等气体组成的混合物。
通常的TIG焊接利用含有钍的W电极或者含有铈的W电极作为焊炬源10。虽然在生产纳米碳的过程中可以使用这种电极，但是以纯的石墨作为焊炬源10更优选，因为这样可以防止金属细颗粒沉积为电子发射源。含有金属的材料具有高的熔点，例如以Mo或Ni作为主要的成分的焊炬电极。尽管焊炬电极10的直径没有特殊的规定，一般的焊炬中，优选的尺寸大约1～7mm。
此外，用金属制造的电极支撑架11最好能经受住冷水，类似于多用途的焊接焊炬。为了生产广泛的纳米碳材料或者是为了纳米碳或纳米碳材料的连续、大批量生产，在长时间内连续地或者间歇地产生电弧4，作为第一电极的焊炬电极10和电极支撑架11会过热。结果，焊炬电极10被过多地消耗，电极支撑架11会被损坏。由于气体12(特定气体)进入到电弧焊炬1，电极固定架11本身就会冷却，从而不会被热损坏。由于焊炬电极10也被冷却，电极的消耗也会被抑制。
当通入直流电、直流电等离子体、交流电或交流电等离子体时，电弧会发生放电。为了产生大量的烟炱14，更优选直流电或直流电等离子体。
当使用直流电或直流电等离子体时，蒸发剧烈地进行，与应用交流电或交流电等离子体相比，其汽化点的温度高，受热区域大，这是因为应用交流电或交流电等离子体时，产生电弧的材料交替地形成阴极点。所以，更优选使用直流电或直流电等离子体作为电弧电流。
电弧电流的使用范围可以在5A～500A之间。为了不破坏产生电弧的材料，电弧电流优选为100A～300A。
当使用脉冲电流产生电弧时，其频率没有限制，但是，从通用电源的实际情况考虑，频率优选在1Hz～500Hz之间。
当回收烟炱时，可以使用如下方法。当旋转回收板时，烟炱被刮刀刮下来，刮刀被放置在作为基底材料的回收板的旋转点的一边或两边。但是，相同的结果可以通过回收板的往复运动来实现。
烟炱不但会粘在回收板里，而且在空气中漂浮(在密封容器的气体中)。所以，使用抽气设备和过滤器，会使烟炱的回收速率增加。
MIG(惰性气体金属电极)焊炬可以取代TIG电弧焊炬。可以使用一种与TIG电弧焊炬(焊接焊炬)具有相似结构的装置，例如MAG(活性气体金属电极)、等离子体的刨削槽(等离子体切断)。也可以使用火焰喷雾焊炬(等离子体喷雾焊炬)和应用于鼓风炉的可移动的电弧焊炬。
产生电弧的材料2以石墨作为主要成分，形状、大小没有特殊的限制，但是优选薄板或薄条状。例如，当电弧电流大约是30～300A时，产生电弧的材料2优选厚度1-3mm，宽度10mm的薄板或薄条。当产生电弧的材料2较厚或较宽时，必须增加电弧电流。
产生电弧的材料2以碳材料为主要成分，即包含大量碳材料的产生电弧的材料2作为与焊炬电极10相反的电极。该碳材料可以是石墨、活性碳、无定形碳等。
为了保护产生电弧的材料2，防止受到电弧4的热损害，也就是说，为减少电弧4产生的热损坏产生电弧的材料2，可以将产生电弧的材料2放在冷水工作台3上作为冷水电极，这样可以冷却产生电弧的材料2。
产生电弧的材料2可以是充分干燥的或含有水的。但是，当产生电弧的材料2含有水时，电弧4的能量会被水蒸汽吸收。所以，产生电弧的材料2更优选是干燥的，这样不会增加蒸发处的温度。相反，产生电弧的材料2是潮湿、湿润、含有水或处于水中时，可以避免由于电弧4而导致的产生电弧的材料2过热。同样，为了避免产生电弧的材料2的过热，可以用冷水或冷油处理产生电弧的材料2。例如水、CO2等冷的介质，可以吹到或者喷洒到产生电弧的材料2上。
尽管产生电弧的材料2可以是纯的石墨，但是优选的产生电弧的材料2含有石墨和添加剂，此添加剂作为一种催化剂加速蒸发或者烟炱的雾化，同时该催化剂被蒸发。这些添加剂可以是Li(锂)、B(硼)、Mg(镁)、Al(铝)、Si(硅)、P(磷)、S(硫)、K(钾)、Ca(钙)、Ti(钛)、V(钒)、Cr(铬)、Mn(锰)、Fe(铁)、Co(钴)、Ni(镍)、Cu(铜)、Zn(锌)、Ga(镓)、  Ge(锗)、As(砷)、Y(钇)、Zr(锆)、Nb(铌)、Mo(钼)、Rh(铑)、Pd(钯)、In(铟)、Sn(锡)、Sb(锑)、La(镧)、Hf(铪)、Ta(钽)、W(钨)、Os(锇)、Pt(铂)、或者其氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐或其混合物。
添加剂可以加入或嵌入到石墨里。也可以喷洒或施用到石墨里。也可将添加剂涂布在石墨上。或放置在石墨中或加入到成型的石墨颗粒中间。也就是说，产生电弧的材料2有如此的结构，石墨和添加剂同时被电弧4充分加热。
为了充分蒸发产生电弧的材料2，在产生电弧放电时，优选考虑用材料的边缘部分或边缘表面，例如一个圆棒，方形棒，平板等，或者考虑用一个可穿透的洞。产生电弧的材料2除了边缘以外的部分，例如水平的板，即，电弧4照射板的中心部分时，会产生烟炱14。但是，更优选电弧照射在产生电弧的材料2的边缘部分，这样会产生大量的烟炱。相反，电弧4照射产生电弧的材料2的除了边缘之外的部分时，在产生电弧的材料2上会形成凹陷或突出的部分，此突出的部分包括由于电弧4的照射而形成的凹陷而导致的突出。
如图3(a)所示结构，添加剂22可以喷洒或施用到石墨21表面上，或者也可将添加剂22涂布在石墨21的表面上，或者由添加剂22制成的板放在由石墨制成的石墨板21的上面。同样，图3(b)所示结构中，添加剂22被放置在石墨21中间，21由石墨制得。
当添加剂22和石墨21被同时加热时，产生电弧的材料2的蒸发会加速，但速度取决于蒸发温度的差。具体的说，如Ni、Y等添加剂22的蒸发温度低于石墨21的升华温度。所以，当细颗粒Ni或Y与石墨混合时，细颗粒周围的石墨会破裂，因为细颗粒在石墨21里被蒸爆。结果，雾化(产生电弧的材料2的蒸发)会加速。Ni或Y在冷却的过程中聚集形成细颗粒，该细颗粒作为一种催化剂加速单层碳纳米管的生成。
为了从产生电弧的材料2的边缘部分产生大量的烟炱14，并使之沉积在衬底上，电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间优选的角度是45度～135度。
电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间的角度的解释如下：
图4是电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间的角度的部分放大剖面图。
如图4所示，电弧焊炬1的电弧电极10的基本的轴线是指线“A”。当产生电弧的材料2是线性元件时，例如导线的横截面是圆的或方形的，此线性元件的基本的轴线指线“B”。在这种情况下，“电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间的角度”指线“A”和线“B”之间的角度(图4是90度)。
同样，当产生电弧的材料2是平板状元件时，例如：一个呈直角的平行六面体，任何的X，Y，Z之一都相应于上面所说的线B。
如图5所示，当电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间呈直线时(角度为180度)，释放烟炱14的方向扩展到更大的范围。因为，产生电弧的材料2的电弧放电的地点不稳定，烟炱14被释放到前后左右的各个地方。在这种情况下，优选使许多衬底放置在产生电弧放电的区域的对面，以便封闭来自于各个方向的释放的烟炱14。在这种情况下，当衬底是圆柱体时，只能使用一个圆柱体。
如图5所示的设备，遮盖物15也有衬底的功能，代替图1中设备的衬底。遮盖物15是由玻璃、陶瓷或金属制成的敞口容器，可以是圆柱体或方形柱体，上下表面敞开以便封闭电弧焊炬1的电弧电极10、产生电弧的材料2和电弧4。所以，这样可以保持工作区域的整洁或者防止由风而产生的对流的影响。当遮盖物15被制成一个封闭的容器时，可以封闭电弧焊炬1、产生电弧的材料2和电弧4，电弧放电可以在惰性气体中进行。也可以将整个设备放在封闭的容器中。
图5中所示的遮盖物15也有衬底的功能，其是用来沉积烟炱14的基底材料(回收元件)。也就是说，遮盖物15封闭烟炱14溅射的区域，并具有足够的地方沉积烟炱14。通过此结构，设备的部件的数量会减少，当然可以分开放置。可以肯定遮盖物15可以应用于图1和图6的实施例中。
电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间的适宜距离是0.1～10mm。
产生电弧的材料2和衬底3之间的适宜距离是1～50mm。
在图1中，产生电弧的材料2和衬底3基本上平行放置，两者之间的角度没有限制，例如可以是直角。
如果本发明的设备提供有用于在预定方向上可移动地夹持产生电弧的材料2装置，甚至当产生电弧的材料2中的石墨被蒸发时，也能可移动地夹持，则此设备就可以依据石墨蒸发的程度调整产生电弧的材料2和电弧焊炬1的焊炬电极10之间的距离。自然可以应用此装置在预定方向上可移动地夹持焊炬电极10或电极10和产生电弧的材料2。所以，这样可以维持最好的制造条件。
同理，当产生电弧的材料2中的石墨被蒸发时，以及产生电弧的材料2的边缘的形状或产生电弧的材料2的突出部分的形状开始形成时，如果本发明的设备可以从一边到另一边移动边缘端，则可以保持最好的制造条件。
同理，如果当产生电弧的材料2的边缘端是线形或面形时，以及当产生电弧的材料2中的石墨被蒸发时，并且产生电弧的材料2的边缘端的形状或产生电弧的材料2的突出部分的形状开始形成时，如果本发明的设备提供有用于在预定方向上使焊炬电极10、产生电弧的材料2或者他们两者一起沿着产生电弧的材料2的线形或面形的边缘移动的装置，则可以保持最好的制造条件。
结合上述两种移动方法是更优选的做法。
电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间的相对运动可以手动(即通过人手)或通过仪器自动操作，该仪器提供有使电弧焊炬1在三个方向上移动的装置，即产生电弧的材料2在水平平面(X和Y的方向)，垂直的平面(Z方向)上。
具体来说，当使用NC设备(数字控制仪器)时，可以照射产生电弧的材料2的需要照射的部分，例如产生电弧的材料2的边缘端(边缘部分或边缘面)、产生电弧的材料2和电弧4的凹进去的部分、洞(穿透的洞)或突出的部分。
依据本发明的方法，当调整焊炬电极10和产生电弧的材料2的位置和它们之间的距离时，通过连续地改变衬底3，可以连续、大批量生产纳米碳或含有纳米碳的烟炱(含有纳米碳的复合物)。依据本发明，如果大量的衬底3按顺序放置，并朝成组的衬底3的方向，相对于产生电弧的材料2移动焊炬电极10，调整焊炬电极10和产生电弧的材料2之间的距离，就可以连续、大批量生产纳米碳或含有纳米碳的烟炱。依据本发明，如果衬底3有很大的区域，通过调整焊炬电极10和产生电弧的材料2的位置以及它们之间的距离，或者自由移动衬底3本身，可以生产大面积的纳米管。
在上述制备方法中，当使用空气或氮气作为电弧焊炬1的流通气体时，可以制备含N的纳米碳，即CN纳米管。含有B材料的石墨，或含有金属催化剂(添加剂)的石墨，或含B的材料喷溅或应用在石墨上，或含B的材料镀在或涂布在石墨上，或含B材料和含添加剂的材料喷洒或应用在石墨上，或含B的材料或含添加剂材料镀在或涂布在石墨上，当该石墨作为电弧电极时，可以制得含有网络的BCN纳米碳，即BCN纳米管。同理，各种各样的纳米碳都可以通过改变大气或添加剂来制备。B代表硼，C代表碳，N代表氮。
通过上述方法可以制备含有纳米碳的电子发射源，通过氧化将抑制电子发射的纳米颗粒，并将之除去，电子发射源的性能可以增强。
如图6所示，上述电弧焊炬1和产生电弧的材料2之间的角度可以控制释放烟炱14的方向。
也就是说，当电弧焊炬1以箭头所示的方向倾斜时，依据倾斜的角度可以改变沉积在衬底3上的烟炱14的位置。“烟炱14释放的方向”表示在衬底3上沉积烟炱14的最有可能的区域，即烟炱14沉积的可能性最高的区域。
同样，调整电弧14和衬底3之间的角度，相似的控制有可能实现。
如图6所示的设备，其包括流体(液体)16，例如水、硅油或油(在产生电弧放电的温度下具有流动性)，和用玻璃、陶瓷或金属制成的用来存放流体的敞口容器17，此容器放置在图1所示的基底材料区域以及烟炱14溅射的区域。存放流体的容器17含有流体16，衬底3浸在流体16里。
如：水溶液、干冰、液氮、液氦等低温度的冷却介质都可以作为除上述提到的流体以外的流体。
流体贮存容器17是圆柱体或长方体，上面敞开，可以包围电弧4。所以，具有保持工作区域的整洁并防止由风而产生的对流影响的功能。也就是说，容器17覆盖了烟炱14溅射的区域，并提供了充分的空间沉积烟炱14。由于使用此结构，设备的许多部件都可以省去。当然，制备无图案的纳米碳时，不需要基底材料。
在这种情况下，除了流体之外，可以使用耐热的细颗粒，例如沙子、玻璃、陶瓷、金属等(都统称为“颗粒材料”)。上述的流体(液体)和上述的耐热的细颗粒可以混合使用。在这种情况下，容器17可以用来存放颗粒材料或与流体混合的颗粒材料。
当然，容器17等可以应用在图1和图6所示的实施例中。
从储存流体的容器17中移走基底材料3，则流体容器17是一个具有通道的容器，此通道形成了流体16流通的封闭系统。具有回收含碳的烟炱14的功能的过滤元件等放置在此通道内。使用该结构，可以连续的回收烟炱14，而且提供了一种更为简单的生产方法和设备。
当然，烟炱会沉积在流体表面或沉积在没有放置基底材料3的流体内，然后提纯、过滤流体，从而提取和纯化所需要的纳米碳。
依据本发明的方法，当调整焊炬电极10和产生电弧的材料2的位置和它们之间的距离时，通过连续地改变衬底3，可以连续、大批量生产纳米碳或含有纳米碳的烟炱(含有纳米碳的复合物)。依据本发明，如果大量的衬底3按顺序放置，并朝成组的衬底3的方向，相对于产生电弧的材料2移动焊炬电极10，调整焊炬电极10和产生电弧的材料2之间的距离，就可以连续、大批量生产纳米碳或含有纳米碳的烟炱。依据本发明，如果衬底3有很大的区域，通过调整焊炬电极10和产生电弧的材料2的位置以及它们之间的距离，或者自由移动衬底3本身，可以生产大面积的纳米管。
图7表示在衬底3上形成预定图案的电子发射表面的方法的实施例。在这种情况下，当掩模版13放置在衬底3上时，烟炱14沉积在衬底3上，然后移开掩模版13，形成与掩模版13具有相同图案的电子发射面。在这种情况下，当与掩模版开孔处相应的电极放置在衬底3上时，它可以用作阴极电极。当衬底3是绝缘材料时，电线与图案上任何一个图案的岛相连时，从每一个岛会独立的发射电子。这是制备控电板式显示器的有效方法。
掩模版13可以放置在衬底3上，即放置在材料2和衬底3之间。当掩模版13放置在电弧4附近时，可以使用具有抵抗高温或热冲击的材料，例如，具有高熔点的金属、陶瓷和石墨等。
同样，对于衬底3没有限定。为了增加衬底3和沉积在衬底3表面上的烟炱14之间的粘性，或者衬底3和烟炱14的导电性能，胶粘层23放置在衬底3上。为防止衬底3受到电弧4产生的热影响，在生产时，可以冷却衬底3。
当生产衬底3时，优选通过冷却装置冷却安装的衬底3，因为衬底3被破坏的可能性会减少。
当使用交流电或交流电等离子体时，纯石墨、含有添加剂材料的石墨、喷洒或应用了添加剂材料的石墨、涂布或镀有添加剂材料的石墨、沉积了添加剂材料的石墨、或掺入添加剂材料的石墨都可以用作产生电弧的材料2。
另一方面，当使用直流电或直流电等离子体时，尽管不可以使用纯石墨，但是，含有添加剂材料的石墨、喷洒或应用了含有添加剂材料的石墨、涂布或镀有添加剂材料的石墨、沉积了添加剂材料的石墨或掺入添加剂材料的石墨，都可以用作产生电弧的材料2。
图8(a)～(c)表示当衬底3和烟炱14(纳米碳)之间的胶粘性不好时，使用该方法的实施例。图8(a)～(c)是图7所示方法的变更，不同于图7的是在衬底3上放置了胶粘层23。
依据此方法，首先在如图8(a)所示的衬底3上形成具有图案的胶粘层23。可以用各种各样的方法形成胶粘层23，例如丝网印刷术等。胶粘层23的材料可以用导电膏，例如A1膏，导电C膏等。
然后，如图8(b)所示，应用图7所示的设备，在胶粘层23变硬之前，使烟炱14(纳米碳)沉积下来。
然后，胶粘层23变硬，当胶粘层23变硬时，沉积在胶粘层23上的烟炱14与胶粘层23粘结在一起。
最后，清理整个衬底3，例如，用水移开沉积在衬底3上的烟炱14，结果，沉积在胶粘层23上的烟炱14形成如图8(c)所示的图案。
当使用胶粘层23作为电子发射源时，它可以作为阴极电极或阴极布线。
依据本发明制备的可以作为电子发射源纳米碳，适用于常规的二极管或三极真空管。
具体来说，依据本发明制备的可以作为电子发射源的纳米碳适用于显示管、显示板、发光元件、发光管、发光板等。
依据本发明制备的，可以作为电子发射源的纳米碳可以应用于显示器中，此显示器通过发射由特定的区域产生的纳米碳的电子，形成复杂的图案。
依据本发明的方法制备的纳米碳或含有纳米碳和金属细颗粒的复合烟炱适用于作为氢储存材料。
下面描述具体实施例产生的结果：
图9是一幅关于字母TUT排列图案的电子发射源的照片，该图案是应用如图1和图7所示的设备制成的。
作为基底材料的衬底是有传导性的硅，产生电弧的材料是在大气(在大气压下)中，通过使用含有Ni/Y(Ni和Y的含量：4.2和1.0mol％，板厚：2mm，宽：5mm)的石墨板和100A的直流电制得的。
如果使用活性碳、无定形碳或含有金属催化剂的石墨代替石墨板，也会得到相同的结果。若使用特定的气体，特别是稀有气体，纳米碳的产量会增加。所以，可以肯定使用稀有气体可以达到非常好的效果。
图10是沉积物的电子扫描显微镜(SEM)照片。很明显，纳米尺寸的结构到处分散。如图11所示是其中含有单层纳米管和纳米筒的沉积物。术语“纳米筒”指由片状石墨形成的圆锥形，两边也被圆锥形包围的碳纳米颗粒(出版物“单壁碳纳米筒的微孔结构的集合/K.Murata，K.Kaneko，F.Kokai，K.Takahashi，M.Yudasaka，S.lijima/Chem.Phys.Lett.，vol.331，pp.14-20(2000)”)。
当使用具有二极管模式的荧光发射管发射电子，并用电子照射荧光屏时，可以从视觉上看到荧光屏发光。在这种情况下，使用活性碳、无定形碳或含有添加剂的石墨，以及如图9所示的特定气体，也会得到相同的效果。
上述的任何一个实施例都表明，沉积在基底材料(衬底3)上的纳米碳有上述用途，自然，可以移开沉积在基底材料(衬底3)上的纳米碳，纳米碳会被用作含有纳米碳和金属颗粒的复合物。而且，可以纯化烟炱，使之用作纳米碳，例如除去纳米管的简单壳体等。图12～图14是应用图1所示的设备从基底材料(衬底3)上回收的烟炱的电子发射显微镜的照片。
图12是低放大倍数的显微镜照相的照片。如图12所示，颜色淡的部分是碳材料，颜色深的部分是金属细颗粒，它们混合、聚集在一起。可以看到一束针状单层纳米管从聚集物底部投影出来。
图13是高放大倍数的显微镜照相的照片，如图13所示，形成束状单层碳纳米管。单层碳纳米管是以金属细颗粒作为催化剂而形成的。
图14是另一幅高放大倍数的显微镜照相的照片，如图14所示，碳纳米筒明显形成。
图12～图14所示的样品含有大约70～80mol％的碳，2～10mol％氧，1～5mol％钇(Y)和4～20mol％的镍。可以观察到1～30mol％的单层纳米管，0.1～5mol％的纳米筒，0.1～5mol％多层纳米管。剩下的碳组分是碳纳米细颗粒和无定形碳。
依据本发明的方法制备的纳米碳或含有纳米碳和金属细颗粒的复合烟炱(复合材料)适用于作为氢储存材料。氢储存的速率可以用容量法来分析，在常温和30个大气压下速率是1～10wt％，但是常温常压下是0.1～1wt％。通过优化生产条件，可以得到理想的储存速率。所以，依据本发明的方法制备的含有纳米碳的烟炱本身可以作为储存材料，例如，氢储存材料等。此外，无定形碳的细颗粒具有储存氢的空间。金属元素例如Ni、Y等都有储存氢的性能，可以作为储存材料，例如，氢储存材料等。所以，从烟炱中分离出纳米碳就不必要了。
依据本发明的方法制备的纳米碳的特征在于烟炱不但含有单层纳米管，而且同时含有多层碳纳米管、碳纳米筒、碳纳米细颗粒、无定形碳和富勒烯。所以，如果将纳米碳从烟炱中分离出来，纳米碳可以用作一种或多种纳米碳。
为了从烟炱中分离、提纯纳米碳，可以用筛子或离心仪器分离大的颗粒，用过热氧化的方法分离无定形组分，用酸、碱、王水或反相王水分离金属组分。
当用石墨作为焊炬电极时，会存在多层碳纳米管。因为在石墨电极表面形成的多层碳纳米管会被吹动并与烟炱混合在一起。可以使用氮作为密封气体制造CN纳米管、CN纳米纤维、CN纳米颗粒。在碳电极中加入B硼并且使用氮作为密封气体，可以制造BCN纳米管、BCN纳米纤维、BCN纳米颗粒。烟炱是多种纳米碳的混合物。
在含有纳米碳和金属细颗粒的混合或复合烟炱(混合或复合材料)的情况下，术语“金属细颗粒”指“含有金属细颗粒的添加剂细颗粒”，因为使用的添加剂中不是只含有金属。
金属细颗粒的尺寸从1nm到有代表性的最大的1μm(初始添加剂的尺寸：最大达到10μm)。材料是添加剂和碳化物等的组合物。通过熔化、蒸发、雾化和在冷却过程中聚集可以形成金属细颗粒。金属细颗粒以简单的单体或碳化物等的形式存在。在有大量添加剂的时候，金属细颗粒以简单的单体、合金和碳化物等的形式存在。
图15是测量电子发射源的电子发射性能的仪器。图15所示的测量电子发射源的电子发射性能的仪器中的电子发射源(电子发射元件)采用含有纳米碳和金属颗粒的烟炱14作为电子发射材料，与之相比，传统的电子发射源采用单层碳纳米管作为电子发射材料。在图15中，衬底(阴极衬底)3放置在阳极衬底103的对面，两者放在真空容器100中。在衬底3上，阴极电极101叠放在烟炱14(发射极层)下面。在阳极衬底103上，形成阳极电极(导线)102。衬底3和阳极衬底103之间的距离设置为100μm。直流电源104和电表105按顺序连接在线路中。
图16是一个比较图表，均采用如图15所示的仪器，比较不同的电子发射源的电子发射性能，一个采用含有纳米碳和金属颗粒的烟炱14作为电子发射材料的电子发射源，另一个采用单层碳纳米管取代烟炱14作为电子发射材料的电子发射源。单层碳纳米管是用传统的真空电弧放电的方法制备的。如图16所示，很明显，采用在大气中制备的烟炱14(纳米碳)作为电子发射源的电子发射性能和初始的启动特性都优于由传统的在真空中制备的单层碳纳米管构成的电子发射源。
依据本发明的方法制备的纳米碳可以用作第二电池电极的添加剂、第二电池电极、燃料电池的添加剂和燃料电池。
依据本发明的方法制备的纳米碳可以用作如：橡胶、塑料、树脂、陶瓷、钢铁和混凝土等材料的添加剂。在这些材料里加入纳米碳，其强度、导热性、导电性等都会有所改善。
尽管在上述的任何一个实施例中，都使用板形材料作为基底材料(衬底3)，也可以使用其他的基底材料，例如：圆柱形、方柱形、球形等。
当导电S1衬底(导电衬底)作为基底材料(衬底3)时，可以使用如玻璃、陶瓷等绝缘衬底，通过在导电衬底上面形成绝缘层而制成的绝缘衬底，如金属等导电衬底，通过在绝缘衬底上面形成导电层而制成的导电衬底。
除了衬底以外，也可以使用弹性元件，如薄膜等。
当基底材料放置在产生电弧放电的区域附近时，必须使用抗热的基底材料。
依据本发明，提供了一种非常简单的制备纳米碳的方法、一种构图的方法和生产的设备(包括构图的设备)。
依据本发明，提供了一种可以简单制备并连续大批量生产的纳米碳材料，一种使用该材料构成的电子发射源(电子发射衬底)，一种制备氢储存材料的方法，一种构图的方法和生产设备。
依据本发明，提供了一种简单的，在可供选择的一个或几个地方，对一组纳米碳构图的方法和构图设备。

Claims (29)

1.一种制备纳米碳的方法，包括以下步骤：
在大气或空气中将第一电极放置在主要以碳材料作为主要成分的第二电极的对面；
在上述的第一电极和第二电极之间提供电压产生电弧放电；
通过上述的电弧放电，蒸发上述第二电极的碳材料，产生含有纳米碳的烟炱；和回收上述含有纳米碳的烟炱。
2.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：上述第一电极是安装在电弧焊炬上的焊炬电极，其方法包括如下步骤：当上述焊炬电极和第二电极进行相对运动时，通过上述的电弧放电蒸发第二电极的碳材料，产生含有纳米碳的烟炱。
3.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：基底材料放置在产生电弧放电区域的对面，该方法包括通过基底材料回收上述含有纳米碳的烟炱。
4.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：流体或颗粒材料放置在产生电弧放电区域的对面，该方法包括通过上述流体或颗粒材料回收上述含有纳米碳的烟炱。
5.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：上述第一电极和第二电极之间的角度范围是45度到135度。
6.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：上述烟炱包含一种纳米碳材料，该材料包括单层碳纳米管、碳纳米筒、多层碳纳米管、碳纳米纤维、碳纳米颗粒、CN纳米管、CN纳米纤维、CN纳米颗粒、BCN纳米管、BCN纳米纤维、BCN纳米颗粒、富勒烯或其混合物。
7.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：上述烟炱是含有纳米碳和金属细颗粒的混合或复合烟炱。
8.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：上述第二电极的碳材料是石墨、活性碳或无定形碳，是含有或嵌入添加剂的石墨、活性碳或无定形碳，或是在其表面喷溅、施用、镀有或涂布有添加剂的石墨、活性碳或无定形碳。
9.根据权利要求8所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：上述添加剂是：Li、B、Mg、Al、Si、P、S、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Y、Zr、Nb、Mo、Rh、Pd、In、Sn、Sb、La、Hf、Ta、W、Os、Pt，或其氧化物、氮化物、硫化物、氯化物、硫酸盐、硝酸盐或其混合物。
10.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：采用直流电或直流电等离子体产生上述电弧放电，上述第二电极的电弧放电是阴极电弧放电。
11.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：采用交流电或交流电等离子体产生上述电弧放电。
12.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：在第二电极的边缘端、突出或凹进去的部分，通过上述电弧放电蒸发碳材料，产生含有纳米碳的烟炱。
13.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：向电弧放电的区域通入特定的气体或空气的同时进行上述电弧放电。
14.根据权利要求12所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：上述特定气体是如氩、氦等的稀有气体，氮气，二氧化碳气，氧气，氢气或
其混合气体。
15.根据权利要求1所述的一种制备纳米碳的方法，其特征在于：上述第一电极含有作为主要成分的高熔点的金属，如石墨、W(钨)、Mo(钼)或Ni(镍)。
16.根据权利要求1所述的方法制备的纳米碳。
17.一种复合或混合材料，该材料包括根据权利要求1所述的方法制备的纳米碳和金属颗粒。
18.一种制备纳米碳的设备，包括：
电极，该电极以一定的距离在大气或空气中容纳有第一电极，和以碳材料、含有添加剂的碳材料或在其表面上有添加剂生成的碳材料作为主要成分的第二电极；
包括电源的产生电弧的设备，该电源在上述第一电极和上述的第二电极之间提供电压产生电弧放电，从而蒸发上述的碳材料产生含有纳米碳的烟炱；
在上述产生电弧放电的区域提供特定气体的设备；和回收烟炱的回收
设备。
19.根据权利要求18所述的制备纳米碳的设备，其特征在于：
上述的第一电极是安装在电弧焊炬上的焊炬电极；
该设备进一步包括使上述焊炬电极和第二电极之间产生相对运动的设备，当上述焊炬电极和第二电极进行相对运动时，在焊炬电极和第二电极之间提供电压，通过电弧放电，从而产生含有纳米碳的烟炱，以此在第二电极的边缘端、突出或凹进去的地方蒸发碳材料。
20.根据权利要求18所述的制备纳米碳的设备，其特征在于：
上述回收设备是基底材料；
该设备进一步包括一个容纳上述基底材料的容纳设备，该基底材料装在产生电弧放电区域的对面；
通过上述基底材料来回收含有纳米碳的烟炱。
21.根据权利要求18所述的制备纳米碳的设备，其特征在于：
上述回收设备采用流体或颗粒材料；
该设备进一步包括一个盛放流体或颗粒材料的容器，该流体或颗粒材料放置在产生电弧放电区域的对面；和
通过上述流体或颗粒材料来回收含有纳米碳的烟炱。
22.根据权利要求21所述的制备纳米碳的设备，其特征在于：
上述的流体是水、液体或在低于产生电弧放电的温度下具有流动性的油体。
23.根据权利要求18所述的制备纳米碳的设备，其特征在于：
该设备进一步包括一个遮盖物，至少遮盖上述第一和第二电极之间产生电弧放电的区域。
24.一种在纳米碳上构图的方法，包括以下步骤：
在大气或空气中，将第一电极放置在主要以碳材料作为主要成分的第二电极的对面；
在第一电极和第二电极之间提供电压产生电弧放电；
通过电弧放电蒸发第二电极上的碳材料产生含有纳米碳的烟炱；
在产生电弧放电的区域对面放置一个基底材料，在基底材料的表面或上部放置一个具有图案开孔的掩模版，由此在对应于开孔的基底材料表面上沉积含有纳米碳的烟炱。
25.根据权利要求24所述的在纳米碳上构图的方法，其特征在于：
该方法进一步包括以下步骤：在产生电弧放电的区域对面放置流体基底材料，由此在对应于开孔的基底材料表面上沉积含有纳米碳的烟炱。
26.一种在纳米碳上构图的方法，包括以下步骤：
在大气或空气中，将第一电极放置在主要以碳材料作为主要成分的第二电极的对面；
在第一电极和第二电极之间提供电压产生电弧放电；
通过电弧放电蒸发第二电极上的碳材料产生含有纳米碳的烟炱；和
在产生电弧放电的区域对面放置一个基底材料，在基底材料的上面放置一个胶粘层，从而至少在上述胶粘层上沉积含有纳米碳的烟炱。
27.根据权利要求24或26所述的在纳米碳上构图的方法，其特征在于：
第一电极是安装在电弧焊炬上的焊炬电极，该方法进一步包括：当上述焊炬电极和第二电极进行相对运动时，通过电弧放电，在第二电极的边缘端、突出或凹进去的地方蒸发碳材料，从而产生含有纳米碳的烟炱。
28.根据权利要求24或26所述的方法制备的构图的纳米碳基底材料。
29.一种电子发射源，其特征在于：使用根据权利要求28所述的构图的纳米碳基底材料。
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