JP2010143803A - Method of carbon fiber orientation and carbon fiber orientation unit, and method of manufacturing carbon fiber dispersed on cathode electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カソード電極上で分散したカーボン繊維の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing carbon fibers dispersed on a cathode electrode.
蛍光物質を含有するアノード電極、前記アノード電極に対向配置されるカソード電極、及び前記カソード電極と前記アノード電極の間に順バイアス電圧を印加する電圧印加手段を備える発光装置が、情報機器やAV機器のディスプレイ装置として使用されている。また、カソード電極に多数のカーボン繊維を配置して、発光効率を向上させた発光装置も知られている。 A light emitting device comprising an anode electrode containing a fluorescent material, a cathode electrode arranged opposite to the anode electrode, and a voltage applying means for applying a forward bias voltage between the cathode electrode and the anode electrode is provided for information equipment and AV equipment. It is used as a display device. There is also known a light emitting device in which a large number of carbon fibers are arranged on the cathode electrode to improve the light emission efficiency.
このような発光装置のカソード電極は、カーボン繊維を溶剤に混ぜてペースト化してカソード電極に塗布し、その後、加熱処理することによって得られる。しかしながら、このようにして得られたカソード電極中のカーボン繊維は互いに絡み合って束(バンドル)状になり、カーボン繊維の方向も不均一になる。そのため、カーボン繊維の先端に電界が集中しにくくなるとともに、電子の飛び出す方向がばらついてフォーカス特性の制御が困難になる。その結果、十分な発光が得られないという問題がある。 The cathode electrode of such a light-emitting device can be obtained by mixing carbon fiber with a solvent to form a paste, applying the paste to the cathode electrode, and then performing a heat treatment. However, the carbon fibers in the cathode electrode obtained in this way are entangled with each other to form a bundle, and the directions of the carbon fibers are not uniform. As a result, the electric field is less likely to concentrate at the tip of the carbon fiber, and the direction in which electrons jump out varies, making it difficult to control the focus characteristics. As a result, there is a problem that sufficient light emission cannot be obtained.
この問題を解決するために、特許文献1は、カーボンナノチューブを含むカソード電極に対してアノード電極層を正電位になるような電圧(順バイアス電圧)を印加して、アノード電極層とカソード電極との間に電界を発生させ、この電界の力によってカーボンナノチューブを垂直に配向させた電子放出源の製造方法を提案している。
In order to solve this problem,
また、特許文献2は、絶縁基板の一面上にカソード電極層、絶縁層およびゲート電極層を順に積層する第1工程と、絶縁基板上にカソード電極層を部分的に露出する状態でゲートホールを形成する第2工程と、ゲートホール内のカソード電極層上に複数の炭素系針状物質によって、エミッタを形成する第3工程と、カソード電極層に電圧を印加することにより、絶縁基板に対して複数の炭素系針状物質をほぼ垂直に配向させる第4工程とを含む電子放出素子の製造方法を提案している。
しかしながら、特許文献1の製造方法では、アノード電極とカソード電極の間の電界を真空中で発生させると電界放出が起こり、大気圧中で発生させると放電が起こるので、大きな電圧をアノード電極層とカソード電極の間に印加することができなかった。そのため、カーボンナノチューブを垂直に配向しようとする力が弱く、カーボンナノチューブをカソード電極に垂直に配向することは難しかった。
However, in the manufacturing method of
また、特許文献2の製造方法は、炭素系針状物質とカソード電極層に同じ極性の電荷を与えた場合に生じる反発力を利用するものであるが、この反発力だけでは、炭素系針状物質の向きを揃える力としては弱いので、特許文献2の製造方法によっても、炭素系針状物質の向きをカソード電極層に垂直となる方向に揃えることは難しかった。
In addition, the manufacturing method of
そのため、特許文献1および特許文献2の製造方法では、カソード電極上のカーボンナノチューブ等を十分に分散させることは難しかった。
Therefore, in the manufacturing methods of
本発明は、このような背景の下でなされたものであり、カソード電極に含まれるカーボン繊維の向きをアノード電極に向けて垂直に揃えるカーボン繊維配向方法およびカーボン繊維配向装置並びにカソード電極上で分散したカーボン繊維の製造方法を提供するものである。 The present invention has been made under such a background. A carbon fiber aligning method and a carbon fiber aligning apparatus for aligning carbon fibers contained in a cathode electrode vertically to an anode electrode, and the carbon fiber aligning device, and the cathode electrode are dispersed on the cathode electrode. A method for producing a carbon fiber is provided.
本発明の第1の観点に係るカーボン繊維配向方法は、カーボン繊維を含有するカソード電極と、前記カソード電極に対向配置されるアノード電極と、を準備し、前記カソード電極と前記アノード電極の間に逆バイアス電圧を印加することを特徴とする。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a carbon fiber orientation method comprising: preparing a cathode electrode containing carbon fiber; and an anode electrode disposed to face the cathode electrode, and the gap between the cathode electrode and the anode electrode. A reverse bias voltage is applied.
本発明の第2の観点に係るカーボン繊維配向装置は、カーボン繊維を含有するカソード電極と、前記カソード電極に対向配置されるアノード電極を有し、前記カソード電極と前記アノード電極の間に逆バイアス電圧を印加する電圧印加手段を備えることを特徴とする。 A carbon fiber orientation device according to a second aspect of the present invention includes a cathode electrode containing carbon fibers and an anode electrode disposed opposite to the cathode electrode, and a reverse bias is provided between the cathode electrode and the anode electrode. Voltage applying means for applying a voltage is provided.
本発明の第3の観点に係るカソード電極上で分散したカーボン繊維の製造方法は、カーボン繊維を含有するカソード電極と、前記カソード電極に対向配置されるアノード電極と、を準備し、前記カソード電極と前記アノード電極の間に逆バイアス電圧を印加することを特徴とする。 A method for producing carbon fibers dispersed on a cathode electrode according to a third aspect of the present invention comprises preparing a cathode electrode containing carbon fibers and an anode electrode disposed to face the cathode electrode, and the cathode electrode A reverse bias voltage is applied between the anode electrode and the anode electrode.
本発明によれば、カソード電極とアノード電極の間に逆バイアス電圧を印加して、カソード電極に含まれるカーボン繊維の向きをアノード電極に向けて垂直に揃えることができるので、カソード電極上でカーボン繊維を十分に分散させることができる。 According to the present invention, it is possible to apply a reverse bias voltage between the cathode electrode and the anode electrode so that the orientation of the carbon fibers contained in the cathode electrode is aligned vertically toward the anode electrode. The fibers can be sufficiently dispersed.
以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態を示すカーボン繊維配向装置の概念的な構成図である。 FIG. 1 is a conceptual configuration diagram of a carbon fiber orientation device showing an embodiment of the present invention.
カーボン繊維配向装置1は、カソード電極に含まれるカーボン繊維をアノード電極に向けて垂直に揃える装置であり、図1に示すように、カソード電極2、アノード電極3及び電圧印加手段4から構成される。カソード電極2とアノード電極3は、その間隔が100μm以下、好ましくは50μmになるように対向配置され、気密性を備えるケーシング5の内部に密閉される。なお、ケーシング5の内部は、10−2Torr以下の真空に保たれる。
The carbon
カソード電極2は、絶縁性素材(例えばガラス)からなるカソード基板6の上に、銀を主成分とするカソード導体層7を積層し、更にその上に、カーボン層8を積層して構成される。なお、カソード導体層7の厚さは5μm程度、カーボン層8の厚さは、1μm〜10μm程度である。
The
また、カーボン層8は、カーボン繊維9を含むペーストをカソード導体層7の上に塗布し、その後加熱処理して、前記ペースト中の溶剤成分を除去して得られるカーボン繊維9の層である。
The
アノード電極3は、絶縁性素材(例えばガラス)からなるアノード基板10の上に、酸化インジウムとスズの複合酸化物(ITO;(Indium Tin Oxide))の薄膜を成膜してアノード導体層11を形成して構成されている。なお、アノード導体層11の厚さは、5μm程度である。
The
電圧印加手段4は、電源装置12とスイッチ13を備える。電源装置12は、カソード電極2とアノード電極3の間に逆バイアス電圧を印加する直流電源装置であり、電源装置12の正極14はカソード導体層7に接続され、負極15はアノード導体層11に接続される。また、スイッチ13は電源装置12の負極15とアノード導体層11の間の電路にあって、前記電路を開閉する。
The
また、直流電源装置に替えて、パルス電圧発生装置を電源装置12にして、所定の強さの電圧を断続的にカソード電極2とアノード電極3の間に印加すれば、カーボン繊維9のバンドル構造をより効果的に解消することができる。
If the pulse voltage generator is used as the
さて、カソード電極2上に積層されるカーボン層8は、例えば、エタノール、アセトンなどの揮発性の高い溶媒、あるいは、エチルセルロースなどの有機バインダを溶解したテルピオネール溶液などにカーボン繊維9を分散したペーストを、カソード導体層7の上に塗布した後、加熱処理して、前記溶媒あるいは有機バインダを除去して形成されるが、この状態では、カーボン層8中のカーボン繊維9はファンデルワールス力によって凝集して束状の構造、つまりバンドル構造を形成して、カーボン層8中に埋もれている。また、バンドル構造を形成するカーボン繊維9の方向は不定であり、カーボン繊維9の大部分は、アノード電極3の方向に向かっていない。そのため、このままでは、カソード電極2から放出される電子の方向が定まらず、カソード電極2から放出される電子の多くはアノード電極3に向かわない(図2(a)参照)。
The
そこで、図2(b)に示すように、カーボン繊維配向装置1のカソード電極2とアノード電極3の間に逆バイアス電圧を印加すると、カソード電極2からアノード電極3に向かう電界が発生するので、カソード電極2中のカーボン繊維9は、この電界から力を受けて、バンドル構造を形成した状態でアノード電極3に向かう方向(カソード電極2に垂直になる向き)に揃う。なお、逆バイアス電圧の大きさは、カソード電極2とアノード電極3に順バイアス電圧を印加して、カソード電極2から電子を放出させるため必要な電界(閾値電界)の120%〜150%の電界、概ね数kV/mmの電界が生じるような大きさを選ぶ。
Therefore, as shown in FIG. 2B, when a reverse bias voltage is applied between the
また、カーボン繊維配向装置1のカソード電極2とアノード電極3の間に逆バイアス電圧を印加すると、カソード電極2のカーボン繊維9の全てが正電荷を帯びるので、正電荷を帯びた多数のカーボン繊維9には、互いに斥力が作用する。このため、カソード電極2に垂直な向きに揃ったバンドル構造のカーボン繊維9には、カソード電極2に水平な方向にのみ斥力が作用し、この斥力はカーボン繊維9に作用するファンデルワールス力よりも大きいので、カーボン繊維9のバンドル構造が解消されて、図2(c)に示すように、カソード電極2上でカーボン繊維9を十分に分散できる。
Further, when a reverse bias voltage is applied between the
カーボン繊維9がカソード電極2上で十分に分散したら、スイッチ13を開けて逆バイアス電圧の印加を停止する。逆バイアス電圧の印加を停止した後も、カソード電極2中のカーボン繊維9の全てが正電荷を帯びているので、相互に斥力が生じる。そのため、逆バイアス電圧の印加を停止した後も、カソード電極2上でのカーボン繊維9の分散状態は維持される(図2(d)参照)。
When the
さて、本実施形態に係るカーボン繊維配向方法は、カソード電極に含まれるカーボン繊維をアノード電極に向けて垂直に揃える方法なので、カソード電極上で分散したカーボン繊維を製造する方法にも適用できることは言うまでもない。 The carbon fiber orientation method according to the present embodiment is a method of aligning the carbon fibers contained in the cathode electrode vertically toward the anode electrode, so that it can be applied to a method of manufacturing carbon fibers dispersed on the cathode electrode. Yes.
図3は、カーボン繊維配向装置1による処理の前後におけるカソード電極2中のカーボン繊維9の状態を示す電子顕微鏡写真を表した図であり、図3(a)は処理前の状態を示し、図3(b)は処理後の状態を示している。
FIG. 3 is a view showing electron micrographs showing the state of the
図3によれば、処理前は、互いに凝集してカソード電極2の中に埋もれていたカーボン繊維9(図3(a)参照)が、処理後は、カソード電極2の上面で十分に分散していることが解る。
According to FIG. 3, the carbon fibers 9 (see FIG. 3A) aggregated and buried in the
なお、カーボン繊維配向装置1の構成は、本実施形態で示したものには限定されない。例えば、図4に示すように、カソード電極2の下方に加熱装置16を備えて、カソード電極2を加熱するようにすれば、カーボン繊維9の分極を低減して、カーボン繊維9の相互に作用するファンデルワールス力を低下させるので、さらに効率よくカーボン繊維9のバンドル構造を解消して、カーボン繊維9をカソード電極2上で十分に分散できる。
In addition, the structure of the carbon
1 カーボン繊維配向装置
2 カソード電極
3 アノード電極
4 電圧印加手段
5 ケーシング
6 カソード基板
7 カソード導体層
8 カーボン層
9 カーボン繊維
10 アノード基板
11 アノード導体層
12 電源装置
13 スイッチ
14 正極
15 負極
16 加熱装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記カソード電極と前記アノード電極の間に逆バイアス電圧を印加する
ことを特徴とするカーボン繊維配向方法。 Preparing a cathode electrode containing carbon fiber and an anode electrode disposed opposite to the cathode electrode;
A carbon fiber alignment method, wherein a reverse bias voltage is applied between the cathode electrode and the anode electrode.
ことを特徴とする請求項1に記載のカーボン繊維配向方法。 The method for aligning carbon fibers according to claim 1, wherein the direction of the tip of the carbon fibers in the cathode electrode is aligned with the direction toward the anode electrode.
ことを特徴とする請求項1または2に記載のカーボン繊維配向方法。 The carbon fiber alignment method according to claim 1 or 2, wherein the reverse bias voltage is applied under vacuum.
ことを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載のカーボン繊維配向方法。 The carbon fiber orientation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the cathode electrode is heated.
前記カソード電極と前記アノード電極の間に逆バイアス電圧を印加する電圧印加手段を備える
ことを特徴とするカーボン繊維配向装置。 A cathode electrode containing carbon fiber, and an anode electrode disposed opposite to the cathode electrode,
A carbon fiber aligning apparatus comprising: a voltage applying unit that applies a reverse bias voltage between the cathode electrode and the anode electrode.
ことを特徴とする請求項5に記載のカーボン繊維配向装置。 The carbon fiber orientation device according to claim 5, wherein the voltage application unit is a DC power supply device that generates a DC voltage.
ことを特徴とする請求項5に記載のカーボン繊維配向装置。 6. The carbon fiber orientation device according to claim 5, wherein the voltage applying means is a pulse voltage generator that generates a unipolar pulse voltage.
ことを特徴とする請求項5乃至7のいずれか1項に記載のカーボン繊維配向装置。 The carbon fiber orientation device according to any one of claims 5 to 7, further comprising heating means for heating the cathode electrode.
前記カソード電極と前記アノード電極の間に逆バイアス電圧を印加する
ことを特徴とするカソード電極上で分散したカーボン繊維の製造方法。 Preparing a cathode electrode containing carbon fiber and an anode electrode disposed opposite to the cathode electrode;
A reverse bias voltage is applied between the cathode electrode and the anode electrode. A method for producing carbon fibers dispersed on a cathode electrode.
ことを特徴とする請求項9に記載のカソード電極上で分散したカーボン繊維の製造方法。 The method for producing carbon fibers dispersed on a cathode electrode according to claim 9, wherein the direction of the tip of the carbon fiber in the cathode electrode is aligned with the direction toward the anode electrode.
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CN115367548A (en) * | 2022-07-27 | 2022-11-22 | 浙江大学 | Large-scale fine carbon fiber dispersing, collecting and secondary conveying device and method |
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