KR100850266B1 - Carbon nanotubes field emission source comprising noble metal layer and preparation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은, 본 발명의 일실시예에 따른 탄소나노튜브 전계방출원의 제조방법의 개략적 공정도를 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a schematic process diagram of a method for producing a carbon nanotube field emission source according to an embodiment of the present invention.
도 2a 및 2b는, 본 발명의 일실시예에 따라 귀금속층이 형성된 상태의 단면에 대한 30,000 배율(도 2a) 및 100,000 배율(도 2b) 전자현미경 사진이다. 2A and 2B are 30,000 magnification (FIG. 2A) and 100,000 magnification (FIG. 2B) electron micrographs of a cross section of a state in which a noble metal layer is formed according to an embodiment of the present invention.
도 3은, 본 발명의 일실시예에 따라 탄소나노튜브층이 형성된 상태의 표면에 대한 전자 현미경 사진이다. Figure 3 is an electron micrograph of the surface of the carbon nanotube layer is formed in accordance with an embodiment of the present invention.
도 4는, 본 발명의 일실시예에 따라 탄소나노튜브 층을 형성한 후 열처리한 후의 단면에 대한 전자 현미경 사진이다. 4 is an electron micrograph of a cross section after heat treatment after forming a carbon nanotube layer according to an embodiment of the present invention.
도 5는, 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 탄소나노튜브 전계방출원의 I-V 그래프이다.5 is an I-V graph of a carbon nanotube field emission source manufactured according to an embodiment of the present invention.
도 6은, 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 탄소나노튜브 전계방출원의 발광사진이다. 6 is a light emission photograph of a carbon nanotube field emission source manufactured according to an embodiment of the present invention.
* 도면의 주요 부분의 부호의 설명 *Explanation of symbols of the main parts of the drawings
100: 기판 110: Nb 층100: substrate 110: Nb layer
120: 귀금속층 130: 에어브러쉬 120: precious metal layer 130: airbrush
140: 탄소나노튜브 140: carbon nanotubes
본 발명은 귀금속층을 버퍼층으로서 포함하는 탄소나노튜브 전계방출원 및 그의 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a carbon nanotube field emission source including a noble metal layer as a buffer layer and a method of manufacturing the same.
탄소나노튜브는 종횡비가 크고, 일함수가 낮으며, 열전도도와 전기전도도가 높고, 화학적 안정성이 높기 때문에, 전자 방출소자의 전자 방출원으로 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재까지 알려진 탄소나노튜브 전계 방출원의 제조방법으로는, 직접성장법, 스크린 프린팅법, 전기 영동법, 스프레이법 등을 들 수 있다. Carbon nanotubes have a large aspect ratio, a low work function, high thermal and electrical conductivity, and high chemical stability. Therefore, many studies have been conducted as electron emission sources of electron emitting devices. As a method for producing a carbon nanotube field emission source known to date, a direct growth method, a screen printing method, an electrophoresis method, a spray method, etc. may be mentioned.
직접성장법은, 열 기상 증착법, 화학 기상 증착법 등의 방법을 이용하여 전극 위에 직접 탄소나노튜브를 성장시키는 방법으로서, 전극으로 사용하는 기판 상에서 직접 탄소나노튜브를 성장시키기 때문에, 기판과 탄소나노튜브 간의 접착력이 매우 좋고, 탄소나노튜브의 길이와 밀도, 직경 등을 직접 제어할 수 있다는 장점이 있지만, 대면적 방출원의 제작이 어렵기 때문에 실용화되는 데에 한계가 있다. 또한 비정질 탄소물질이 없는 결정성이 좋은 탄소나노튜브를 성장시키기 위해서는 900℃ 이상의 온도 조건이 필요한데, 상업적으로 널이 이용되는 전계 방출원의 기 판인 ITO(Indium Tin Oxide) 유리는 녹는점이 550℃ 정도이기 때문에 이를 사용할 수 없다는 단점이 있다. The direct growth method is a method of growing carbon nanotubes directly on an electrode using a method such as thermal vapor deposition or chemical vapor deposition. Since carbon nanotubes are grown directly on a substrate used as an electrode, the substrate and carbon nanotubes are grown. Although the adhesive strength between the very good, there is an advantage that can directly control the length, density, diameter, and the like of the carbon nanotubes, there is a limit to the practical use because it is difficult to manufacture a large area emission source. In addition, in order to grow carbon nanotubes with good crystallinity without amorphous carbon materials, temperature conditions of 900 ° C or higher are required.Indium Tin Oxide (ITO) glass, which is a substrate of a field emission source used commercially, has a melting point of about 550 ° C. This has the disadvantage of not being able to use it.
스크린 프린팅법은, 기판 상에 탄소나노튜브와 페이스트를 혼합하여 스크린 프린팅하는 방법으로서, 대면적 방출원의 제작이 쉬우며, 탄소나노튜브와 기판사이의 결합력도 높다는 장점을 가지고 있지만, 전계 방출시 방출원의 온도가 상승될 때, 페이스트에 포함된 각종 고분자와 유기물이 발생되고, 이 물질들이 탄소나노튜브를 열화시켜 방출원의 수명을 단축시킨다는 문제가 있다. Screen printing is a method of screen printing by mixing carbon nanotubes and pastes on a substrate. The screen printing method is easy to manufacture a large area emission source and has a high bonding strength between carbon nanotubes and a substrate. When the temperature of the emission source is raised, various polymers and organic substances included in the paste are generated, and these materials deteriorate carbon nanotubes, thereby shortening the lifetime of the emission source.
전기영동법은 탄소나노튜브가 분산되어 있는 용액에 전압을 인가하여 기판 상에 방출원을 증착시키는 방법이며, 스프레이법은 탄소나노튜브 분산 용액을 에어브러쉬를 이용하여 기판 상에 분사하여 방출원을 제조하는 방법이다. 이러한 전기영동법과 스프레이법은, 대면적 방출원으로 제작하는 것이 용이하고, 고분자나 유기물에 의한 탄소나노튜브의 열화 문제도 일으키지 않으며, 제조과정 또한 비교적 간단하다는 장점이 있다. 그러나 탄소나노튜브와 기판 사이의 접착력이 약하여 전계 방출시, 인가된 전기장에 의하여 다수의 탄소나노튜브가 떨어져 나가는 현상이 발생한다는 문제점을 가지고 있다. Electrophoresis is a method of depositing an emission source on a substrate by applying a voltage to a solution in which carbon nanotubes are dispersed. In the spray method, a carbon nanotube dispersion solution is sprayed onto a substrate using an airbrush to produce an emission source. That's how. The electrophoresis method and the spray method are easy to manufacture with a large area emission source, do not cause deterioration of carbon nanotubes due to polymers or organic matters, and the manufacturing process is also relatively simple. However, since the adhesion between the carbon nanotubes and the substrate is weak, when the electric field is emitted, a plurality of carbon nanotubes are separated by the applied electric field.
이처럼, 기존의 탄소나노튜브를 이용한 전계 방출원은, 기판과 탄소나노튜브 간의 강한 결합력, 대면적 방출원으로서의 제작 용이성 및 방출원을 열화시켜 수명을 단축시키는 물질(고분자 등)의 발생이 없어야 한다는 여러 가지 조건을 필요로 하며, 이러한 기존의 문제점을 해결할 수 있는 전계방출원의 제조방법에 대한 연구가 있어왔다. As such, the field emission source using the conventional carbon nanotubes should be free from the strong bonding force between the substrate and the carbon nanotubes, ease of fabrication as a large area emission source, and the generation of materials (polymers, etc.) that deteriorate the emission source and shorten the lifespan. Various conditions are required, and there have been studies on the method of manufacturing the field emission source that can solve the existing problems.
본 발명은, 기판과 탄소나노튜브 간의 결합이 강하며, 대면적 방출원의 제작이 용이하며, 방출원의 수명에 영향을 미치는 물질을 사용하지 않는 탄소나노튜브의 전계 방출원과 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention provides a field emission source of carbon nanotubes and a method for producing the same, which have a strong bond between the substrate and the carbon nanotubes, are easy to manufacture a large area emission source, and which do not use materials that affect the lifetime of the emission source. It aims to provide.
상기한 목적을 달성하기 위하여 본 연구자들은 예의 연구를 거듭한 결과, 귀금속층을 버퍼층으로 사용한 스프레이 방법을 이용할 경우, 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다는 점에 착안하여 본 발명을 완성하게 되었다. In order to achieve the above object, the present inventors have intensively researched, and have completed the present invention by paying attention to the problem of the prior art when using a spray method using a precious metal layer as a buffer layer.
본 발명은, 기판 상부에 귀금속층을 형성하는 단계와 귀금속층 상부에 탄소나노튜브를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계 방출원 제조 방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing a carbon nanotube field emission source, comprising the step of forming a noble metal layer on the substrate and forming a carbon nanotube on the noble metal layer.
본 명세서에서, ‘귀금속’ 이라는 용어는, 금, 은 등과 같이 대기 중에서 안정되어 녹이 잘 슬지 않고 광택을 가지고 있는 금속으로, 비금속에 비하여 녹는점이 높고, 연신성이 뛰어나며, 약품에 잘 녹지 않고, 열전도성 및 전기전도성이 높은 금속을 의미한다. In the present specification, the term 'noble metal' is a metal that is stable in the air, such as gold and silver, which is not rust and has good gloss, and has a higher melting point, excellent stretchability, and poorly soluble in chemicals, as compared with nonmetals. It means a metal having high conductivity and high conductivity.
본 발명은, 탄소나노튜브가 형성된 기판을 마이크로웨이브 또는 유도 코일을 사용하여 열처리하는 단계를 더 포함하는 탄소나노튜브 전계 방출원의 제조방법을 제공한다. The present invention provides a method for producing a carbon nanotube field emission source further comprising the step of heat-treating the substrate on which carbon nanotubes are formed using a microwave or an induction coil.
본 발명에 따른 전계 방출원의 제조시, 귀금속층을 형성하는 단계 이전에, 기판 상부에 Nb 층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 귀금속층은, Au, Ag, Cu 및 이들 중 어느 하나를 포함하는 합금으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 층을 사용할 수 있다. In the preparation of the field emission source according to the present invention, it is preferable to further include the step of forming an Nb layer on the substrate, before the step of forming the noble metal layer, the noble metal layer is Au, Ag, Cu and any of these It is possible to use a layer including any one or more selected from the group consisting of alloys containing one.
제조시 사용하는 탄소나노튜브는 분산용액에 분산시켜 사용하는 것이 바람직하다. It is preferable to disperse the carbon nanotubes used in the preparation in a dispersion solution.
본 발명은, 기판(100), 기판 상부에 형성된 귀금속층(120), 및 귀금속층 상부에 형성된 탄소나노튜브층(130)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계방출원을 제공한다. The present invention provides a carbon nanotube field emission source comprising a
본 발명에 따른 전계방출원은, 기판(100)과 귀금속층(120) 사이에 Nb층(110)이 더 형성되어 이루어질 수 있다. The field emission source according to the present invention may be formed by further forming an
이하에서 본 발명의 구성을 좀 더 상세히 설명한다. Hereinafter, the configuration of the present invention in more detail.
본 발명의 최적의 실시예에 따른 개략적 공정도를 도 1에 나타내었다. A schematic process diagram according to an optimal embodiment of the invention is shown in FIG. 1.
본 발명은, 기판(100) 상부에 귀금속층(120)을 형성하는 단계와 귀금속층(120) 상부에 탄소나노튜브(130)를 형성하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 탄소나노튜브 전계 방출원 제조 방법을 제공한다. The present invention, carbon nanotube field emission, characterized in that comprising the step of forming a
귀금속층(120)의 형성은 탄소나노튜브와 기판 사이의 접착력을 향상시키고, 제조된 탄소나노튜브 전계 방출원의 열전도도 및 전기전도도를 더욱 향상시키는 효과를 갖는다. 이러한 목적을 위하여 사용가능한 귀금속으로서, Au, Ag, Cu 등을 예로 들 수 있으며, 또한 귀금속 중 어느 하나 이상을 포함하여 이루어진 합금을 사용하는 것도 가능하다. 일반적으로, Au, Ag, Cu, Al 등은 높은 열전도도 및 전기전도도를 가질 뿐 아니라, 가공성이 좋기 때문에, 전자산업에 널리 쓰이고 있는 재료이다. 이들 금속이 합금 형태로 되었을 때에는, 한 가지 원소로 이루어져 있을 때보다 녹는점이 낮아지고, 각 원소가 가지고 있는 고유의 열적 특성과 전기적 특성의 변화가 적다. 이러한 특징은, 본 발명에 따라 탄소나노튜브와 기판 사이에 귀금속층을 포함시킴으로써, 전계 방출원을 제조한 후, 탄소나노튜브의 벽과 기판 사이에 금속층이 코팅된 효과를 내어, 인가된 전기장에 의한 방출원의 열을 빠르게 없애주고, 전자의 이동을 원활하게 해주며, 또한 열처리시 금속 표면에 형성된 얇은 두께의 금속 산화층이 저항층으로 작용하여 탄소나노튜브의 전계 방출원 이외의 곳(금속 표면층)에서 전자가 방출되는 것을 차단하여 방출원의 원활한 전자방출을 유도할 수 있게 된다. Formation of the
본 발명은 또한, 기판(100) 상부에 귀금속층(120)을 형성하는 단계와 귀금속층 상부에 탄소나노튜브층(130)를 형성하는 단계에, 탄소나노튜브층(130)이 형성된 기판을 마이크로웨이브 또는 유도 코일을 사용하여 열처리하는 단계를 더 포함하여 이루어진 탄소나노튜브 전계 방출원의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 탄소나노튜브 전계 방출원의 제조시 탄소나노튜브가 형성된 기판은 열처리함에 의하여 기판과 탄소나노튜브 간의 접착력을 향상시키고 버퍼층으로 사용된 귀금속층을 안정화시킬 수 있다. 이 때 열처리 방법으로서는, 직접 접촉가열 방법을 이용하는 것보다 마이크로웨이브 또는 유도 코일을 사용하는 것이 바람직하다. 복사가열이나 전류에 의한 접촉가열 방법을 통한 열처리는 기판 전체에 열이 전달되므로, 열처리시 금속과 기판의 열팽창 차이가 생겨 기판 상의 금속의 모양이 불규칙하게 될 가능성이 있으며, 이 때문에, 방출원의 길이나 밀도가 일정하지 않게 되어, 전계 방출시 방출원으로부터 전자들이 불균일하게 방출되는 원인으로 작용할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위하여, 마이크로웨이브나 유도코일을 이용한 열처리 방법을 사용하는 것이 바람직하다. 마이크로웨이브나 유도코일은 낮은 온도에서 금속의 표면에 유도된 전류에 의하여 열을 공급받게 되므로 금속만 선택적으로 용해시키기 때문에, 금속 표면의 모양을 평평하게 만들 수 있으며, 금속의 표면만 선택적으로 용융시킴에 따라 열에 의하여 기판이 변형되는 것을 막을 수 있기 때문에, ITO 유리 기판을 기판으로 사용할 수 있다는 장점이 있다. 이 때, ITO 유리 기판의 녹는 점 온도를 고려하여 열처리 온도는 400℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. In another aspect, the present invention, in the step of forming the
열처리 시간은 도달 온도까지 가능한 빠르게 올리고, 용융된 금속이 탄소나노튜브를 따라 골고루 코팅되도록 유지시킨 후 가능한 빠르게 상온으로 식히는 것이 바람직하다. 특히, Ag-Cu 합금의 경우, 일반적으로 녹는점이 780℃로 알려져 있는데, 아르곤 분위기의 수 Torr 진공 속에서는 400℃ 이하에서도 녹는 현상을 보였다. 따라서 각 귀금속 층의 녹는점 등은 시험 열처리를 통하여 녹는점을 정확히 측정한 후, 이에 따라 적절한 온도에서 행하는 것이 바람직하다. The heat treatment time is raised as quickly as possible to reach the temperature, it is preferable to maintain the molten metal to be evenly coated along the carbon nanotubes, and then cooled to room temperature as soon as possible. Particularly, in the case of Ag-Cu alloy, the melting point is generally known as 780 ° C., but it is also melted at 400 ° C. or lower in a water torr vacuum in an argon atmosphere. Therefore, the melting point of each noble metal layer is preferably measured at an appropriate temperature after the melting point is accurately measured through a test heat treatment.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 전계방출원의 제조방법에 있어서, 귀금속층을 형성하는 단계 이전에, 기판 상부에 Nb층(110)을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 귀금속층(120)을 형성하기 전에 Nb층(110)을 먼저 형성하면, 이후의 귀금속층(120)과 기판(100)간의 스트레인(strain)과 스트레스(stress)를 줄여줄 수 있으며, 이에 따라 기판에 가해지는 충격에 의하여 귀금속 박막이 손상되는 것을 방지할 수 있다. Nb층(110) 및 Au, Ag, Cu, Ag-Cu 합금 등의 귀금속층(120)의 형성은 마그네트론 스퍼터 방법, 열 기상 증착법, 화학 기상 증착법, 전기 도금법 등을 방법을 이용할 수 있다. In the method of manufacturing a carbon nanotube field emission source according to the present invention, it is more preferable to further include the step of forming the
탄소나노튜브를 형성할 때에는, 분산용액에 분산시켜 사용하는 것이 바람직하다. 탄소나노튜브를 분산시켜 사용하는 것은, 기판 위에 탄소나노튜브의 박막을 고르고 일정한 두께로 형성시키기 위함과, 불안정한 방출 전류의 요인을 방지하기 위함이다. 곧지 않고 서로 뒤엉켜 뭉쳐서 분산되지 않은 탄소나노튜브는, 전계 방출시 아킹이나 불균일한 길이분포로 인해 불안정한 방출 전류의 요인이 되기 때문이다.When forming carbon nanotubes, it is preferable to disperse | distribute to a dispersion solution and to use. The use of carbon nanotubes in a dispersed manner is to uniformly form a thin film of carbon nanotubes on a substrate and to form a constant thickness, and to prevent a factor of unstable emission current. This is because carbon nanotubes that are not straight and are not intertwined with each other are a source of unstable emission current due to arcing or uneven length distribution during field emission.
탄소나노튜브의 분산용액으로서는, 1,2-디클로로에탄(1,2-dichloroethane; DCE), N,N-디메틸 포름아마이드(N,N-dimethylformamide; DMF), 테트라하이드로퓨란(Tetrahydrofuran; THF), N-메틸 피롤리돈(N-Methyl pyrrolidone; NMP), 아세톤(Acetone), 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol)과 같은 비수계 분산용액이나, 소듐 도데실설페이트(Sodiumdodecylsulfate; SDS), 데옥시리보핵산(Deoxyribonucleic acid; DNA)와 같은 계면활성제가 포함된 수계 용액을 이용할 수 있다.As a dispersion solution of carbon nanotubes, 1,2-dichloroethane (DCE), N, N-dimethylformamide (DMF), tetrahydrofuran (THF), Non-aqueous dispersions such as N-Methyl pyrrolidone (NMP), acetone, isopropyl alcohol, sodium dodecylsulfate (SDS), deoxyribonucleic acid ( Aqueous solutions containing surfactants such as deoxyribonucleic acid (DNA) can be used.
탄소나노튜브층(130)의 형성은, 에어브러쉬(140)를 이용하여 행하는 것이 바람직하여, 이 때 스프레이 장비의 노즐 직경, 분사 압력, 분사거리 등의 조건과, 탄소나노튜브 용액의 농도, 양 및 용액의 종류에 따라 박막의 두께와 균일성 등이 결정된다. 이는 당업계의 기술자라면, 원하는 박막 두께 및 균일도를 제어하는 것은 과도한 실험없이 가능하다. The
이하 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 알아보도록 한다. 하기 실시예는 본 발명의 구현예를 기재한 것으로, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. The following examples describe the embodiments of the present invention, but the present invention is not limited thereto.
실시예Example
(실시예 1)(Example 1)
ITO(Indium Titanium Oxide) 기판을 아세톤, 에틸알코올, 트리클로로에틸렌(TCE), 탈이온수(Deionized Water)에 순차적으로 담그어 초음파 세척을 행하였다. 이후, 기판(100) 상부에, 마그네트론 스퍼터를 사용하여 Ar 분위기 하에서 30nm 두께의 Nb층(110)을 증착한 후, Ag층(120)을 300nm 두께로 증착하였다. Nb층과 Ag 층이 증착된 상태의 단면에 대한 전자현미경 사진을 도 2a(x 30,000)와, 도 2b(x 100,000)에 나타내었다. ITO (Indium Titanium Oxide) substrate was sequentially immersed in acetone, ethyl alcohol, trichloroethylene (TCE), deionized water (Deionized Water) to perform ultrasonic cleaning. Subsequently, an
직경분포가 nm 단위이고, 길이가 수십 ㎛ 단위의 다중벽 탄소나노튜브 분말을 10-3 Torr 의 질소 분위기 챔버에 넣고 약 1000℃ 로 가열하여 일차적으로 비정질 탄소물질과 결정성이 좋지 않은 탄소나노튜브를 제거한 후, DCE(1,2-dichloro ethane) 용액을 0.1mg/ml 비율(탄소나노튜브 10mg, DCE 100ml)로 섞은 후, 30시간 동안 초음파와 원심분리 처리를 하여 개별의 탄소나노튜브로 분산시키고 1000℃에서 10분간 열처리하였다. 이후 탄소나노튜브 분말에 남아있을 비정질 탄소물질, 탄소나노튜브 합성시 사용된 촉매 금속 등을 초음파 처리를 통하여 탄소나노튜브로부터 촉매금속을 분리시키고 원심분리를 하여 뭉쳐진 탄소나노튜브, 비정질 탄소물질, 촉매금속을 가라앉혀 제거하여, 탄소나노튜브 분산액을 제조하였다. Multi-walled carbon nanotube powder with a diameter distribution in nm and tens of micrometers in a nitrogen atmosphere chamber of 10 -3 Torr was heated to about 1000 ° C. to primarily amorphous carbon material and poorly crystalline carbon nanotubes. After removing the mixture, the DCE (1,2-dichloro ethane) solution was mixed in 0.1mg / ml ratio (carbon nanotube 10mg, DCE 100ml), and then dispersed in individual carbon nanotubes by ultrasonication and centrifugation for 30 hours. And heat-treated at 1000 ° C. for 10 minutes. After that, the carbon nanotubes, amorphous carbon materials, and catalysts are separated by centrifugation of the catalyst metals from the carbon nanotubes by ultrasonic treatment of the amorphous carbon material and the catalyst metals used in the synthesis of carbon nanotubes. The metal was sunk and removed to prepare a carbon nanotube dispersion.
제조된 탄소나노튜브 분산액 100ml를 에어브러쉬(140)를 이용하여 Ag층 상부에 탄소박막을 형성하였다.(Ar 가스를 사용, 공기압 1.5bar) 표면의 전자현미경 사진을 도 3에 나타내었다. 100 ml of the prepared carbon nanotube dispersion was used to form a carbon thin film on the Ag layer using the
탄소나노튜브 박막이 형성된 시편을 가열기의 챔버에 넣고, 불활성 기체 Ar 분위기에서 진공도를 대기압 수준으로 유지하면서, 마이크로웨이브나 유도코일을 이용하여 10분간 챔버 분위기 온도가 400℃ 가 되도록 상승(실제 귀금속층의 온도는 700℃ 정도)시킨 후 5분간 유지하여 열처리를 행하고 상온으로 식혔다(챔버의 진공도 760Torr, 사용가스 Ar, 도달온도 10분간 상승, 도달온도 5분간 유지, 상온으로 10분간 하강). 접착테이프를 통하여 금속에 접착되지 않은 탄소나노튜브를 제거하고, 누워있는 탄소나노튜브를 기판에 수직이 되도록 정렬하여 전계방출원을 제작하였다. 열처리가 완료된 후의 전계 방출원 단면에 대한 전자현미경 사진을 도 4에 나타내었다. 제조된 탄소나노튜브 전계방출원의 I-V 그래프를 도 5에, 발광 사진을 도 6에 각각 나타내었다. The carbon nanotube thin film was placed in the chamber of the heater and the chamber atmosphere temperature was raised to 400 ° C. for 10 minutes using a microwave or an induction coil while maintaining the vacuum at atmospheric pressure in an inert gas Ar atmosphere (actual precious metal layer The temperature was about 700 ° C.), and then maintained for 5 minutes, followed by heat treatment and cooling to room temperature (vacuum degree of the chamber was 760 Torr, working gas Ar, reaching temperature for 10 minutes, holding temperature for 5 minutes, and decreasing to room temperature for 10 minutes). The field emission source was prepared by removing carbon nanotubes not adhered to the metal through the adhesive tape and arranging the lying carbon nanotubes perpendicular to the substrate. An electron micrograph of the field emission source cross section after the heat treatment is completed is shown in FIG. 4. The I-V graph of the prepared carbon nanotube field emission source is shown in FIG.
(실시예 2) (Example 2)
Ag 층을 100nm 두께로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하여 탄소나노튜브 전계 방출원을 제작하였다. A carbon nanotube field emission source was prepared in the same manner as in Example 1 except that the Ag layer was deposited to a thickness of 100 nm.
(실시예 3) (Example 3)
Ag 층을 500nm 두께로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하여 탄소나노튜브 전계 방출원을 제작하였다. A carbon nanotube field emission source was prepared in the same manner as in Example 1 except that the Ag layer was deposited to a thickness of 500 nm.
(실시예 4) (Example 4)
Nb 층을 10nm 두께로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하여 탄소나노튜브 전계 방출원을 제작하였다. A carbon nanotube field emission source was prepared in the same manner as in Example 1 except that the Nb layer was deposited to a thickness of 10 nm.
(실시예 5) (Example 5)
Nb 층을 10nm 두께로, Ag 층을 100nm 두께로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하여 탄소나노튜브 전계 방출원을 제작하였다. A carbon nanotube field emission source was prepared in the same manner as in Example 1, except that the Nb layer was deposited to a thickness of 10 nm and the Ag layer was deposited to a thickness of 100 nm.
(실시예 6) (Example 6)
Nb 층을 10nm 두께로, Ag 층을 500nm 두께로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하여 탄소나노튜브 전계 방출원을 제작하였다. A carbon nanotube field emission source was prepared in the same manner as in Example 1 except that the Nb layer was deposited at 10 nm and the Ag layer was deposited at 500 nm.
(실시예 7) (Example 7)
Nb 층을 50nm 두께로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하여 탄소나노튜브 전계 방출원을 제작하였다. A carbon nanotube field emission source was prepared in the same manner as in Example 1 except that the Nb layer was deposited to a thickness of 50 nm.
(실시예 8) (Example 8)
Nb 층을 50nm 두께로, Ag 층을 100nm 두께로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하여 탄소나노튜브 전계 방출원을 제작하였다. A carbon nanotube field emission source was prepared in the same manner as in Example 1 except that the Nb layer was deposited at 50 nm and the Ag layer was deposited at 100 nm.
(실시예 9) (Example 9)
Ag 층을 50nm 두께로, Ag 층을 500nm 두께로 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하여 탄소나노튜브 전계 방출원을 제작하였다. A carbon nanotube field emission source was prepared in the same manner as in Example 1 except that the Ag layer was deposited at 50 nm and the Ag layer was deposited at 500 nm.
실시예 1~9에서 제작한 탄소나노튜브 전계 방출원은 탄소나노튜브가 균일하게 접착되어 있어, 기판과의 접착력이 우수함을 육안으로도 확인할 수 있었다. 실시예 1에서 얻은 전계방출원(도 4 참조). 기존의 전기영동법 및 스프레이법에 의하여 제조된 것과 달리 본 발명에 따라 제조한 전계방출원은 사용시에도 탄소나노튜브의 떨어짐 등이 전혀 발생하지 않아, 탄소나노튜브의 접착 불량에 따라 전계 방출원이 열화되어 수명이 짧아지는 문제는 해결되었음을 확인하였다. In the carbon nanotube field emission source prepared in Examples 1 to 9, the carbon nanotubes were uniformly bonded, and it was confirmed visually that the adhesion with the substrate was excellent. The field emission source obtained in Example 1 (see FIG. 4). Unlike the conventional electrophoretic and spray methods, the field emission source produced according to the present invention does not cause any drop of carbon nanotubes even when used, and thus the field emission source deteriorates due to poor adhesion of carbon nanotubes. It was confirmed that the problem of shortening the life was solved.
도 5에 나타낸 I-V 그래프로부터 turn-on 전압이 1.6V/㎛이고, 전압이 3.0V/㎛일 때 1.5mA/cm2 의 전류밀도가 얻어지며, 균일한 전자 방출이 유도됨을 확인할 수 있다. It can be seen from the IV graph shown in FIG. 5 that the current density of 1.5 mA / cm 2 is obtained when the turn-on voltage is 1.6 V / µm and the voltage is 3.0 V / µm, and uniform electron emission is induced.
또한 도 6의 발광 사진으로부터 기판 전체에 전계방출원이 일정하고 균일하게 형성됨을 확인할 수 있다. In addition, it can be seen from the emission picture of FIG. 6 that the field emission source is uniformly and uniformly formed on the entire substrate.
본원 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브 전계 방출원은, 귀금속 층을 버퍼층으로 사용함으로써, 열전도도와 전기전도도의 특성이 우수할 뿐 아니라 금속 표면의 균일한 전자 방출을 유도할 수 있고, 탄소나노튜브와 기판간의 접착력이 향상되어, 기존의 전기영동법 및 스프레이법에 의하여 제조된 전계 방출원의 문제점이었던, 탄소나노튜브의 떨어짐 등의 문제를 해결한다. 또한 마이크로웨이브 또는 유도코일 등을 이용한 가열 방법을 사용하는 경우, 낮은 공정 온도를 이용할 수 있으므로 유리 기판에 영향을 주지 않기 때문에 실용성이 매우 뛰어나다. 아울러, 전자 방출원의 특성을 열화시키는 문제가 전혀 발생하지 않으며, 제조방법이 용이하여 기존의 스크린 프린팅법, 직접 성장법 등의 문제도 모두 해결할 수 있는 우수한 방법으로서, 매우 유용하게 사용될 수 있을 것으로 기대된다. The carbon nanotube field emission source manufactured according to the present invention, by using the precious metal layer as a buffer layer, not only has excellent thermal conductivity and electrical conductivity, but also induces uniform electron emission on the metal surface. The adhesion between the substrates is improved to solve the problem of falling of carbon nanotubes, which is a problem of the field emission source manufactured by the conventional electrophoresis and spray methods. In addition, when a heating method using a microwave or an induction coil, etc. is used, since a low process temperature can be used, since it does not affect a glass substrate, it is very practical. In addition, the problem of deteriorating the characteristics of the electron emission source does not occur at all, and the manufacturing method is easy to solve all the problems of the existing screen printing method, direct growth method, etc., it can be used very usefully It is expected.
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