CN1670886A - 一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法 - Google Patents

一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN1670886A
CN1670886A CN 200510041679 CN200510041679A CN1670886A CN 1670886 A CN1670886 A CN 1670886A CN 200510041679 CN200510041679 CN 200510041679 CN 200510041679 A CN200510041679 A CN 200510041679A CN 1670886 A CN1670886 A CN 1670886A
Authority
CN
China
Prior art keywords
tube
carbon nano
sintering
carbon nanotube
printed
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
CN 200510041679
Other languages
English (en)
Other versions
CN100416740C (zh
Inventor
朱长纯
曾凡光
刘兴辉
刘卫华
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.)
Xian Jiaotong University
Original Assignee
Xian Jiaotong University
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 Xian Jiaotong University filed Critical Xian Jiaotong University
Priority to CNB200510041679XA priority Critical patent/CN100416740C/zh
Publication of CN1670886A publication Critical patent/CN1670886A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100416740C publication Critical patent/CN100416740C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Cold Cathode And The Manufacture (AREA)

Abstract

本发明公开了一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法，其特征在于，该方法对银浆印刷层和碳纳米管印刷层进行共烧结处理来增加印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的接触面积，进而改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能，并使采用共烧结阴极制造的场发射显示器在高亮度下的发光稳定性及寿命较普通阴极器件显著提高。

Description

一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法
技术领域
本发明属于真空微电子技术和纳米技术的交叉领域，具体涉及通过对银浆印刷层和碳纳米管印刷层的共烧结处理，使得阴极形成银/碳纳米管嵌套结构而改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能的方法，特别涉及一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极的制备方法，该方法采用银/碳纳米管共烧结阴极制造的场发射显示器在高亮度下的发光稳定性及寿命较普通阴极器件显著提高。
背景技术
目前碳纳米管场发射显示器阴极制备技术主要有丝网印刷技术和直接生长技术两大派别。丝网印刷法具有成本低廉、操作简单及大面积均匀性好的优点，该法通常是将碳纳米管与制浆材料混合，制成可用丝网漏印的浆料，然后印制到衬底上。经过退火焙烧去除大部分制浆材料，从而制得碳纳米管阴极薄膜。由于碳纳米管在印刷层中是被制浆材料包裹着的，并不直接接触导电衬底，虽然经过热处理过程后这些制浆材料大部分被分解，但在印刷层底部的制浆材料分解得并不充分，这将使碳纳米管与导电衬底之间存在较大的接触电阻，同时也会影响阴极在发射电流过程中产生的热量的传导。当器件在较高的亮度下工作时，碳纳米管尖端的发射电流密度很大，较大的电流密度必然会在电阻较大的地方引起巨大的焦耳热，而这些地方往往是热传导性能较差的地方，因此过多的热量积累将会使碳纳米管与导电衬底之间的接触情况进一步恶化，并最终导致这种接触处的破坏，从而使器件发光产生衰减。因而发光稳定性或寿命问题是印刷碳纳米管薄膜及部分直接生长碳纳米管薄膜所必须解决的一个课题。
发明内容
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提出一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法，以解决现有的印刷碳纳米管薄膜在稳定性方面存在的问题。
本发明采用的技术解决方案是：一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法，其特征在于，该方法通过对银浆印刷层和碳纳米管印刷层进行共烧结处理来增加印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的接触面积，进而改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能，使制造的场发射器件在高亮度下的发光稳定性及寿命较普通阴极器件显著提高，具体包括以下步骤：
(1)衬底和碳纳米管的预处理
衬底的预处理是对衬底进行清洗、然后用压缩气体吹干；
碳纳米管的预处理是对碳纳米管的纯化，以去除催化剂；其纯化工艺流程为：
以浓硝酸∶浓硫酸＝4∶1配制酸液，并以该酸液对碳纳米管进行酸洗，酸洗后用水洗至中性，然后用去离子水进一步冲洗，冲洗后滤出碳纳米管并干燥；
(2)碳纳米管浆料配制
取碳纳米管、乙基纤维素和松油醇组成碳纳米管浆料，其中乙基纤维素为制浆剂，松油醇为溶剂；碳纳米管与乙基纤维素的比例为1∶5-3∶5，乙基纤维素与松油醇的比例为每20ml松油醇中加入1.5g乙基纤维素，其工艺流程为：
将干燥后的碳纳米管进行称量，置入溶剂中进行4-8小时超声分散，待碳纳米管在溶剂中分散成糊状后过大于300目的筛网，然后加入乙基纤维素，并在120℃条件下搅拌30分钟，搅拌均匀后冷却至室温即可；
(3)银浆和碳纳米管浆料的印刷
印刷过程采用普通的丝网印刷工艺，先上银浆网版印刷银浆层，烘干后在银浆层上印刷碳纳米管浆料，然后再烘干，在300℃的条件下进行预烧120分钟；
(4)银浆印刷层与碳纳米管印刷层的共烧结处理
将完成印刷及预烧的阴极放入真空烧结炉或气氛烧结炉中进行共烧结处理，以银浆的烧结温度作为共烧结温度(如贵研铂业有限公司生产的银浆为570-620℃)，具体烧结工艺按不同银浆生产厂提供的说明进行。若采用真空烧结，真空度应优于1Pa，采用气氛保护烧结时，烧结过程中通以30-40sccm的惰性气体(如氮气等)或氢气(纯度高于99.99％)；
在抽至1Pa的真空度后在抽真空的同时通以30-40sccm的上述气体，此时炉内的气压会稍高于1Pa，但保护效果要好于单纯的真空烧结或气氛烧结；
(5)碳纳米管薄膜的后处理
后处理方法为：在碳纳米管薄膜表面覆盖塑料薄膜，用胶质刮刀通过塑料薄膜表面对碳纳米管薄膜进行刮压处理，从而使粘附于碳纳米管表面的无机残留物因破碎而脱离，移去塑料薄膜后用压力为5-8大气压的高压气体通过喷嘴所产生的高速气流将从碳纳米管薄膜表面破碎或剥离下来的碎屑及浮尘吹去，即可得到成品。
本发明的方法制备的印刷碳纳米管薄膜，可以增加印刷碳纳米管薄膜与导电衬底之间的接触面积，从而改善两者之间的欧姆接触和热传导能力，最终提高碳纳米管阴极的场发射稳定性。
附图说明
图1是采用共烧结工艺制备碳纳米管场发射阴极的示意图；
上述各图中的符号表示分别的是：1为衬底，2为银浆印刷层，3为碳纳米管印刷层，4为共烧结层。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明和表明本发明的有益效果，下面结合附图和发明人给出的实施例对本发明进一步详细说明。需要说明的是，这些实施例是本发明的一些较好的例子，并不限于这些实施例。
实施例1：
发明人给出的本发明的第一个实施例是制造二极结构的具有X-Y寻址的单色碳纳米管场发射平板显示器，其制造过程如下：
1.衬底的选择与预处理
本实施例采用普通钠钙玻璃作为衬底1。用洗涤剂将玻璃上的油污洗去，然后用纯水将洗涤剂清洗干净，最后用压缩气体将玻璃吹干备用。
2.碳纳米管的纯化
本实施例采用的碳纳米管为由CVD法制备的多壁碳纳米管，其中含有较多的以催化剂颗粒(主要是铁及其氧化物)为主的杂质。纯化主要是为了去掉其中的这些杂质，由于在碳纳米管的制备过程中使用的催化剂会在碳纳米管中存在，故使用时应将其除掉。其中碳纳米管纯化工艺流程为：
以浓硝酸∶浓硫酸＝4∶1配制酸液，用该酸液对碳纳米管进行酸洗，酸洗后水洗碳纳米管至中性，再用去离子水进一步冲洗，冲洗后滤出碳纳米管并干燥。
3.碳纳米管浆料配制
取碳纳米管、乙基纤维素和松油醇组成碳纳米管浆料，碳纳米管与乙基纤维素的比例为1∶5-3∶5，乙基纤维素与松油醇的比例为每20ml松油醇中加入1.5g乙基纤维素，其中乙基纤维素为制浆剂，松油醇为溶剂；其工艺流程为：
将干燥后的碳纳米管进行称量，置入溶剂中进行4-8小时超声分散，待碳纳米管在溶剂中分散成糊状后过筛，然后加入乙基纤维素，并在120℃条件下搅拌30分钟，搅拌均匀后冷却至室温即可；
4.银浆和碳纳米管浆料的印刷
印刷过程可采用普通的丝网印刷工艺，具体如下：
调印刷机工作状态，首先上银浆网版，对版后印刷银浆层2，烘干；烘干后在银浆层上印刷碳纳米管浆料3，然后再烘干，最后在300℃的条件下预烧120分钟；
5.银浆印刷层与碳纳米管印刷层的共烧结处理
将完成印刷及预烧的阴极放入真空烧结炉中进行共烧结处理，以银浆的烧结温度(580℃)作为共烧结温度(此处所用的银浆由贵研铂业有限公司生产)。为增强保护效果，在抽至1Pa的真空度后在抽真空的同时通以30-40sccm的氮气(纯度高于99.99％)。烧结完成后即可得到共烧结层4；
实践证明保护气体采用氩气或氢气也能够完成上述共烧结处理。
6.碳纳米管薄膜的后处理
后处理方法为：在碳纳米管薄膜表面覆盖塑料薄膜，用胶质刮刀通过塑料薄膜表面对碳纳米管薄膜进行刮压处理，从而使粘附于碳纳米管表面的无机残留物因破碎而脱离，移去塑料薄膜后用压力为5-8大气压的高压气体通过喷嘴所产生的高速气流将从碳纳米管薄膜表面破碎或剥离下来的碎屑及浮尘吹去，即可得到成品阴极。
至此阴极制备过程已经结束，以下对器件的阳极制作和器件封装过程进行说明。
7.阳极板的制造
阳极所用的玻璃为带有ITO涂层的钠钙玻璃。阳极板制造流程：
首先对玻璃进行清洗，在清洗后的玻璃上进行ITO薄膜的光刻，然后印银浆引脚并烘干，再进行印绝缘支撑后烘干，然后进行烧结，再印荧光粉后烘干；
8.器件封装
器件的封装是将阴阳极板扣合并用低熔点玻璃粉将周围密封起来，然后通过真空排气设备将器件内部抽至优于10-4Pa的高真空状态，器件封离后通过蒸散消气剂使器件内部获得优于10-6Pa的超高真空度。具体的封装流程为：
先在阳极基板上涂低熔点玻璃粉，并在低于封装温度10℃～15℃的温度下预烧(封装温度由低熔点玻璃粉生产厂家提供)，然后将阴、阳极基板扣合并安装消气剂，夹固后放入烧结炉正式烧结，烧结过程需要通以惰性气体(如氮气)来保护碳纳米管不被氧化。待烧结过程完成并冷却至室温时将器件接到排气系统并抽真空，至1×10-6Torr时将器件封离，然后用高频加热设备来蒸散消气剂，加热时间一般不超过15秒，以防玻璃炸裂。即可得到二极结构的具有X-Y寻址的单色碳纳米管场发射平板显示器，至此，整个器件制作完毕。
实施例2：
发明人给出的本发明的第二个实施例是制造二极结构的具有X-Y寻址的彩色碳纳米管场发射平板显示器，其制备过程与实施例1完全相同，不同之处在于在阳极板的制造的步骤7中其荧光粉为三色，该三色荧光粉是分别印刷的。即可得到具有X-Y寻址的彩色碳纳米管场发射平板显示器。
实施例3：
发明人给出的本发明的第三个实施例是制造高功率微波器件的电子源，其制造过程如下：
1.基底制作
根据设计要求并选择合适的材料制作适当形状的导电基底。例如将不锈钢材料或者石墨材料加工成带有圆形接头的圆盘状阴极基底(接头是用来和器件进行连接的，位于圆盘的底部，)，然后将表面磨平并清洗干净后进入其他制作过程；
2.其他制作过程
其他制作过程同实施例1中的步骤2～6。即可得到高功率微波器件的电子源。

Claims (3)

1.一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法，其特征在于，该方法通过对银浆印刷层和碳纳米管印刷层进行共烧结处理来增加印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的接触面积，进而改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能，使制造的场发射器件在高亮度下的发光稳定性及寿命较普通阴极器件显著提高，具体包括以下步骤：
(1)衬底和碳纳米管的预处理
衬底的预处理是对衬底进行清洗、然后用压缩气体吹干；
碳纳米管的预处理是对碳纳米管的纯化，以去除催化剂；其纯化工艺流程为：
以浓硝酸∶浓硫酸＝4∶1配制酸液，并以该酸液对碳纳米管进行酸洗，酸洗后用水洗至中性，然后用去离子水进一步冲洗，冲洗后滤出碳纳米管并干燥；
(2)碳纳米管浆料配制
取碳纳米管、乙基纤维素和松油醇组成碳纳米管浆料，其中乙基纤维素为制浆剂，松油醇为溶剂；碳纳米管与乙基纤维素的比例为1∶5-3∶5，乙基纤维素与松油醇的比例为每20ml松油醇中加入1.5g乙基纤维素，其工艺流程为：
将干燥后的碳纳米管进行称量，置入溶剂中进行4-8小时超声分散，待碳纳米管在溶剂中分散成糊状后过大于300目的筛网，然后加入乙基纤维素，并在120℃条件下搅拌30分钟，搅拌均匀后冷却至室温即可；
(3)银浆和碳纳米管浆料的印刷
印刷过程采用普通的丝网印刷工艺，先上银浆网版印刷银浆层，烘干后在银浆层上印刷碳纳米管浆料，然后再烘干，在300℃的条件下进行预烧120分钟；
(4)银浆印刷层与碳纳米管印刷层的共烧结处理
将完成印刷及预烧的阴极放入真空烧结炉或气氛烧结炉中进行共烧结处理，以银浆的烧结温度作为共烧结温度，具体烧结工艺按不同银浆生产厂提供的说明进行。若采用真空烧结，真空度应优于1Pa，采用气氛保护烧结时，烧结过程中通以30-40sccm的惰性气体或氢气作为保护气体；
(5)碳纳米管薄膜的后处理
后处理方法为：在碳纳米管薄膜表面覆盖塑料薄膜，用胶质刮刀通过塑料薄膜表面对碳纳米管薄膜进行刮压处理，从而使粘附于碳纳米管表面的无机残留物因破碎而脱离，移去塑料薄膜后用压力为5-8大气压的高压气体通过喷嘴所产生的高速气流将从碳纳米管薄膜表面破碎或剥离下来的碎屑及浮尘吹去，即可得到阴极成品。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所说的惰性气体为氮气或氩气，其纯度高于99.99％，所说的氢气的纯度高于99.99％。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤(4)中所说的采用气氛保护烧结时，在抽至1Pa的真空度的同时通以30-40sccm的惰性气体或氢气作为保护气体。
CNB200510041679XA 2005-02-03 2005-02-03 一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法 Expired - Fee Related CN100416740C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB200510041679XA CN100416740C (zh) 2005-02-03 2005-02-03 一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB200510041679XA CN100416740C (zh) 2005-02-03 2005-02-03 一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1670886A true CN1670886A (zh) 2005-09-21
CN100416740C CN100416740C (zh) 2008-09-03

Family

ID=35042069

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB200510041679XA Expired - Fee Related CN100416740C (zh) 2005-02-03 2005-02-03 一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100416740C (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7605379B2 (en) 2007-05-09 2009-10-20 Tsinghua University Cold-cathode-based ion source element
CN101177261B (zh) * 2007-11-08 2010-05-19 上海交通大学 生物相容性的纤维素功能化碳纳米管的制备方法
CN101303264B (zh) * 2007-05-09 2010-05-26 清华大学 电离规
CN101794696A (zh) * 2010-03-25 2010-08-04 东华大学 一种改善场发射特性的碳纳米管场发射阴极的制备方法
US8242783B2 (en) 2007-03-16 2012-08-14 Tsinghua University Ionization vacuum gauge
CN102974823A (zh) * 2012-12-12 2013-03-20 广汉川冶新材料有限责任公司 一种高比重合金的烧结方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1129168C (zh) * 2000-12-28 2003-11-26 西安交通大学 利用生成催化剂颗粒的碳纳米管薄膜阴极的制备方法
US6436221B1 (en) * 2001-02-07 2002-08-20 Industrial Technology Research Institute Method of improving field emission efficiency for fabricating carbon nanotube field emitters
TW516061B (en) * 2001-09-12 2003-01-01 Ind Tech Res Inst Manufacturing method for triode-type electron emitting source
CN1285067C (zh) * 2001-11-29 2006-11-15 京东方科技集团股份有限公司 基于碳纳米管平板显示器及其制作方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8242783B2 (en) 2007-03-16 2012-08-14 Tsinghua University Ionization vacuum gauge
US7605379B2 (en) 2007-05-09 2009-10-20 Tsinghua University Cold-cathode-based ion source element
CN101303264B (zh) * 2007-05-09 2010-05-26 清华大学 电离规
US7791350B2 (en) 2007-05-09 2010-09-07 Tsinghua University Ionization vacuum gauge
CN101177261B (zh) * 2007-11-08 2010-05-19 上海交通大学 生物相容性的纤维素功能化碳纳米管的制备方法
CN101794696A (zh) * 2010-03-25 2010-08-04 东华大学 一种改善场发射特性的碳纳米管场发射阴极的制备方法
CN102974823A (zh) * 2012-12-12 2013-03-20 广汉川冶新材料有限责任公司 一种高比重合金的烧结方法
CN102974823B (zh) * 2012-12-12 2015-05-20 广汉川冶新材料有限责任公司 一种高比重合金的烧结方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100416740C (zh) 2008-09-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kwo et al. Characteristics of flat panel display using carbon nanotubes as electron emitters
KR100638615B1 (ko) 전계방출 에미터전극 제조방법
CN1694208A (zh) 制造碳纳米管场致发射装置的方法
US20060049741A1 (en) Process for improving the emission of electron field emitters
CN1670886A (zh) 一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法
US7736209B2 (en) Enhanced electron field emission from carbon nanotubes without activation
KR20080005603A (ko) 낮은 일함수 캐소드
Wei et al. Cold linear cathodes with carbon nanotube emitters and their application in luminescent tubes
JP4903664B2 (ja) 電子放出素子の製造方法
JP4096186B2 (ja) 電界電子放出電極用インクおよびそれを用いた電界電子放出膜・電界電子放出電極・電界電子放出表示装置の製造方法
JP2004519066A (ja) 触媒的に成長させた炭素繊維フィールドエミッターおよびそれから作製されたフィールドエミッターカソード
CN1714420A (zh) 电子源装置及显示装置
EP2113125A2 (en) Method for the electrochemical deposition of carbon nanotubes
CN101042982A (zh) 场发射平面显示光源及其制造方法
WO2016144091A1 (ko) 그래파이트 접착 물질을 이용한 전계 방출 소자 및 그 제조 방법
CN1956129A (zh) 圆台椎尖结构阴极阵列发射结构的平板显示器及其制作工艺
CN101794696A (zh) 一种改善场发射特性的碳纳米管场发射阴极的制备方法
Machida et al. Improvement in field emission uniformity from screen-printed double-walled carbon nanotube paste by grinding
CN100428396C (zh) 基于多孔氧化铝结构的薄膜阴极场发射显示器件
US20130175918A1 (en) Field emission anode plate, field emission light source and manufacturing method for light source
JP6130157B2 (ja) 電界電子放出素子およびそれを用いた発光素子の製造方法
CN1909156A (zh) 曲向探针型栅控阴极结构的平板显示器及其制作工艺
Yukui et al. Preparation of Double Silver Mixed Interlayer Carbon Nanotube Cathode and Improvement of Electron Emission Performance in Wood Material Printing
Ye et al. Fabrication of carbon nanotubes field emission backlight unit applied to LCD
KR20140142200A (ko) 전계방출용 에미터용 탄소나노튜브 페이스트, 이를 이용한 에미터 및 전계방출소자

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
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20080903

Termination date: 20110203