KR20230119628A - 탄소 나노튜브/금속 복합체 필름들 및 이로부터 전계 방출 음극들을 제조하기 위한 방법들 - Google Patents
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Abstract
전계 방출 음극을 제조하는 방법에서, 상기 전계 방출 음극은 결속되는 전계 방출 층을 가지는 기판을 포함하며, 여기서 상기 전계 방출 층은 상기 물질과 상기 기판 사이의 접착을 향상시키고, 상기 음극의 전계 방출 특성들을 향상시키도록 탄소 나노튜브 및 금속 복합체 필름을 포함하고, 전계 방출 음극 장치들은 이러한 음극들을 구비한다.
Description
본 출원은 전계 방출 음극 장치들을 제조하는 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 물질과 기판 사이의 접착을 향상시키고, 음극의 전계 방출 특성들을 향상시키기 위해 전계 방출 매트릭스 물질로서 탄소 나노튜브 및 금속 복합체 필름을 포함하는 전계 방출 음극들과 이러한 음극들을 구비하는 전계 방출 음극 장치들을 제조하는 방법에 관한 것이다.
전계 방출 음극 장치는 대체로 음극 기판(대체로 합금, 도전성 유리, 금속화 세라믹들, 도핑된 실리콘과 같은 금속이나 다른 도전성 물질로 이루어진)과 상기 기판 상에 배치된 전계 방출 물질의 층(예를 들면, 나노튜브들, 나노와이어들, 그래핀들)을 포함하며, 필요할 경우에 상기 기판과 상기 전계 방출 물질 사이에 배치되는 접착 물질의 추가적인 층을 포함한다. 전계 방출 음극 장치의 일부 통상적인 응용들은, 예를 들면, 진공 환경에서 동작할 수 있는 전자 장치들, 전계 방출 디스플레이들 및 X-선 튜브들을 포함한다.
탄소 나노튜브들은 냉음극 전계 방출 음극들의 제조에 사용될 수 있다. 그러나 음극들의 표면상으로의 탄소 나노튜브들의 효과적인 혼합은 탄소 나노튜브 복합체 필름들의 처리에서 마주하는 난점들에 의해 저해된다. 현재의 탄소 나노튜브 복합체 필름들은 보다 적은 바람직한 특성들, 특히 접착 강도, 전도성, 청정도를 감소시키고 상기 탄소 나노튜브들의 결함들을 가지는 음극 표면들 상에 생성된다.
이에 따라, 낮은 방출 임계 전계, 큰 방출 전류 밀도 및 긴 방출 수명과 같은 향상된 전계 방출 특성들을 가져오는 매트릭스 물질들과 기판의 표면 사이에서 상기 매트릭스 물질 내의 탄소 나노튜브들의 접착을 향상시키는 프로세스 및 이러한 탄소 나노튜브 복합체 필름들의 증착을 개선하는 프로세스에 대한 요구가 존재한다. 또한, 이와 같은 프로세스는 상기 탄소 나노튜브들 내의 결함들을 감소시키거나 제거할 수 있으며, 상기 탄소 나노튜브들의 향상된 일함수를 가져올 수 있다.
상술한 요구들 및 다른 요구들은 제한되지 않고 다음의 예시적인 실시예들을 포함하는 본 발명의 측면들에 의해 충족되며, 특정한 일 측면에서, 전계 방출 음극을 제조하는 방법이 제공되며, 여기서 상기 방법은 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 적어도 하나의 매트릭스 입자, 적어도 하나의 금속염 및 적어도 하나의 충전기를 그 서스펜션을 형성하도록 액체 매체 내에 분산시켜 전계 방출 물질을 형성하는 단계, 그리고 상기 전계 방출 물질의 층을 상기 전계 방출 음극을 형성하도록 전기영동 증착을 통해 기판의 적어도 일부 상으로 증착하는 단계를 포함한다.
다른 예시적인 측면은 전계 방출 복합체 필름을 제조하는 방법을 제공하며, 여기서 상기 방법은 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 액체 매체 내로 도입하는 단계, 적어도 하나의 매트릭스 입자를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계, 적어도 하나의 금속염을 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계, 적어도 하나의 충전기를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계, 그리고 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자, 상기 적어도 하나의 금속염 및 상기 적어도 하나의 충전기를 그 서스펜션을 형성하도록 상기 액체 매체 내로 동시에 분산시키는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 측면은 전계 방출 음극을 제조하는 또 다른 방법을 제공하며, 여기서 상기 방법은 앞서 언급한 전계 방출 복합체 필름의 층을 전기영동 증착을 통해 기판의 적어도 일부 상으로 증착하는 단계를 포함한다.
또 다른 예시적인 측면은 전계 방출 음극 장치를 제공하며, 여기서 상기 음극은 음극 표면에서의 전기장의 향상된 균일성, 이온 충돌 및 산화로부터의 감소된 충격, 증가된 전도성, 상기 탄소 나노튜브들의 개선된 일함수, 그리고 향상된 음극 수명을 가지는 음극 장치를 수득하기 위해 앞서의 측면들 중에서 임의의 것에 따라 제조된다.
본 발명은 이에 따라 제한되지 않고 다음의 예시적인 실시예들을 포함한다.
예시적 실시예 1: 전계 방출 음극을 제조하는 방법에서, 상기 방법은 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 적어도 하나의 매트릭스 입자, 적어도 하나의 금속염 및 적어도 하나의 충전기를 그 서스펜션을 형성하도록 액체 매체 내에 분산시켜 전계 방출 물질을 형성하는 단계; 그리고 상기 전계 방출 물질의 층을 상기 전계 방출 음극을 형성하도록 전기영동 증착을 통해 기판의 적어도 일부 상으로 증착하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 2: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 유리 입자를 포함하는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 상기 액체 매체 내에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 3: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 분산시키는 단계는 약 100nm 내지 약 3마이크로미터의 직경을 가지는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 4: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 5: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 은염, 구리염, 백금염, 비스무트염, 텅스텐염, 안티몬염, 금염, 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 적어도 하나의 금속염을 상기 액체 매체 내에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 6: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 금속염을 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 금속염을 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 7: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 리튬염, 나트륨염, 칼슘염, 마그네슘염, 알루미늄염, 아연염, 철염, 코발트염, 니켈염, 암모늄염, 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 적어도 하나의 충전기를 상기 액체 매체 내에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 8: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 충전기를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 충전기를 전체 액체 매체의 1wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 9: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자, 상기 적어도 하나의 금속염 및 상기 적어도 하나의 충전기를 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 액체 매체 내에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 10: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 전계 방출 물질의 층을 증착하는 단계는 상기 전계 방출 물질의 층을 금속, 합금, 유리 또는 세라믹을 포함하는 상기 기판의 적어도 일부 상으로 증착하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 11: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자, 상기 적어도 하나의 금속염 및 상기 적어도 하나의 충전기를 상기 액체 매체 내에 동시에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 12: 전계 방출 복합체의 제조 방법에서, 상기 방법은 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 액체 매체 내로 도입하는 단계; 적어도 하나의 매트릭스 입자를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계; 적어도 하나의 금속염을 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계; 적어도 하나의 충전기를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계; 그리고 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자, 상기 적어도 하나의 금속염 및 상기 적어도 하나의 충전기를 그 서스펜션을 형성하도록 상기 액체 매체 내로 동시에 분산시키는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 13: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 서스펜션을 전기영동 증착을 통해 기판 상으로 증착하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 14: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 도입하는 단계는 유리 입자를 포함하는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 15: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 16: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 금속염을 도입하는 단계는 은염, 구리염, 백금염, 비스무트염, 텅스텐염, 안티몬염, 금염, 또는 이들의 결합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 적어도 하나의 금속염을 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 17: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 금속염을 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 18: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 충전기를 도입하는 단계는 리튬염, 나트륨염, 칼슘염, 마그네슘염, 알루미늄염, 아연염, 철염, 코발트염, 니켈염, 암모늄염, 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 적어도 하나의 충전기를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 19: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 충전기를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나를 전체 액체 매체의 1wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 20: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에서, 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 도입하는 단계는 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 21: 전계 방출 음극을 제조하는 방법에서, 상기 방법은 제12항의 전계 방출 복합체의 층을 상기 전계 방출 음극을 형성하도록 전기영동 증착을 통해 기판의 적어도 일부 상으로 증착하는 단계를 포함한다.
예시적 실시예 22: 임의의 앞서의 예시적인 실시예들 또는 이들의 결합들의 방법에 따라 제조된 음극을 포함하는 전계 방출 음극 장치.
본 발명의 상술한 특징들, 다른 특징들, 측면들 및 이점들은 다음에 간략하게 기재되는 첨부된 도면들과 함께 후술하는 상세한 설명의 이해로부터 명백해질 것이다. 본 발명은 이러한 특징들이나 요소들이 여기에 기재되는 특정 실시예에서 명백하게 결합되거나 그렇지 않으면 언급되는지에 관계없이 본 발명에서 설시되는 둘, 셋, 넷 또는 그 이상의 특징들이나 요소들의 임의의 결합을 포함한다. 본 발명은 본 발명의 임의의 분리될 수 있는 특징들이나 요소들이 그 측면들과 실시예들의 임의의 것에서 본문의 내용에서 명백하게 다르게 언급하지 않는 한 의도된, 즉 결합 가능한 것으로 설시되도록 전체적으로 이해되게 의도된다.
여기서의 요약이 본 발명의 기본적인 이해를 제공하기 위해 일부 예시적인 측면들을 요약하는 목적으로만 제공되는 점이 이해될 것이다. 이와 같이, 상술한 예시적인 측면들은 단지 예들이며, 어떠한 방식으로도 본 발명의 사상과 범주를 축소시키는 것으로 해석되지 않아야 하는 점이 이해될 것이다. 본 발명의 범주가 여기에 요약되는 경우들 이외에도, 그 일부들이 다음에 설명되는 많은 잠재적인 측면들을 포괄하는 점이 이해될 것이다. 또한, 다른 측면들 및 여기에 개시되는 이러한 측면들의 이점들은 예들을 통하여 설명되는 측면들의 원리들을 예시하는 첨부된 도면들과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.
반드시 일정한 비율로 도시되지는 않은 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 일반적인 표현들로 설명될 것이며, 첨부된 도면들에서,
도 1은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 측면들에 따른 전계 방출 음극 및 음극 기판과 결속되는 전계 방출 물질 증착 층의 특성의 예를 개략적으로 예시하고,
도 2는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 측면들에 따른 전계 방출 복합체 필름을 제조하는 방법의 예를 예시하며,
도 3은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 측면들에 따른 전계 방출 음극을 제조하는 방법의 일예를 예시한다.
도 1은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 측면들에 따른 전계 방출 음극 및 음극 기판과 결속되는 전계 방출 물질 증착 층의 특성의 예를 개략적으로 예시하고,
도 2는 본 발명의 하나 또는 그 이상의 측면들에 따른 전계 방출 복합체 필름을 제조하는 방법의 예를 예시하며,
도 3은 본 발명의 하나 또는 그 이상의 측면들에 따른 전계 방출 음극을 제조하는 방법의 일예를 예시한다.
이하에서 본 발명의 모든 측면들은 아니지만 일부 측면들이 예시되는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 실제로, 본 발명은 많은 다른 형태들로 구현될 수 있으며, 여기에 설시되는 측면들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 오히려, 이들 측면들은 본 발명이 해당되는 법률적 요구 사항들을 충족시키기 위한 것이다. 동일한 참조 부호들은 전체적으로 동일한 요소들을 나타낸다.
도 1은 기판(102) 및 상기 기판(102) 상에 증착된 전계 방출 물질(104)의 층을 포함하는 전계 방출 음극(field emission cathode)(100)의 일예를 예시하며, 필요할 경우에 접착 물질의 추가적인 층(도시되지 않음)이 상기 기판(102)과 상기 전계 방출 물질(104) 사이에 배치된다. 상기 기판(102)은 고체 금속이나 합금(예를 들면, 스테인리스 스틸, 도핑된 실리콘)과 같은 금속성 물질, 도전성 유리(예를 들면, 인듐 주석 산화물(ITO) 코팅 유리 또는 표면상에 도전성 코일을 가지는 다른 융해 유리), 또는 도전성 세라믹(예를 들면, 알루미늄 산화물, 베릴륨 산화물 및 알루미늄 질화물과 같은 금속화 세라믹)과 같은 전기적으로 도전성인 물질로 이루어질 수 있다. 상기 전계 방출 물질(104)은 매트릭스 물질(matrix material) 내에 배치되는 복수의 탄소 나노튜브들이다. 상기 전계 방출 물질(104)의 층은, 예를 들면, 전기영동 증착(electrophoretic deposition), 또는 전기 코팅(electro-coating), 음극 전착(cathodic electro-deposition), 양극 전착(anodic electro-deposition) 및 전기영동 코팅과 같은 도전성 기판 상에 안정한 콜로이드 서스펜션 내의 대전된 입자들의 증착을 이용하는 유사한 물질 처리 기술에 의해 상기 전계 방출 물질을 상기 기판(102) 상으로 증착하여 형성된다.
도 2는 전계 방출 복합체 전구체 또는 복합체 필름 전구체를 제조하는 방법(200)을 예시한다. 상기 방법의 일 측면에서, 몇 가지 구성 성분들이 내부에 분산되는 액체 매체(liquid medium)가 제공된다(단계 210). 상기 액체 매체는 물, 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 이소프로판올(isopropanol), 부탄올(butanol), 디메틸포름아미드(dimethylformamide: DMF), 디메틸술폭시드(dimethyl sulfoxide: DMSO), 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있다. 단계 220, 단계 230, 단계 240 및 단계 250은 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 적어도 하나의 매트릭스 입자(matrix particle), 적어도 하나의 금속 염, 적어도 하나의 충전기(charger)와 같은 다양한 구성 성분들을 상기 액체 매체에 도입하는 과정들 또는 이들의 결합들에 관한 것이다. 단계 260에 나타낸 바와 같이, 앞서의 구성 성분들 모두는 그 서스펜션을 형성하도록 상기 액체 매체 내에 동시에 분산된다. 상기 구성 성분들은, 예를 들면, 초음파 처리 또는 자기 교반과 같은 알려진 방법에 따라 상기 액체 매체 내에 분산될 수 있다.
상기 구성 성분들의 특정 조성들과 양들은 특정한 응용에 적합하도록 변화될 수 있다. 예를 들면, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자는 약 100nm 내지 약 3마이크로미터의 직경을 가지는 유리 입자들을 생성하도록 유성 볼 밀링(planetary ball milling)을 통해 처리된 상업적으로 입수 가능한 유리 입자들로 형성될 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자는 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산된다. 또한, 상기 적어도 하나의 금속염은 은염(silver salt), 구리염(copper salt), 백금염(platinum salt), 비스무트염(bismuth salt), 텅스텐염(tungsten salt), 안티몬염(stibium salt), 금염(gold salt), 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 금속염은 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산된다. 상기 적어도 하나의 충전기는 리튬염(lithium salt), 나트륨염(sodium salt), 칼슘염(calcium salt), 마그네슘염(magnesium salt), 알루미늄염(aluminum salt), 아연염(zinc salt), 철염(iron salt), 코발트염(cobalt salt), 니켈염(nickel salt), 암모늄염(ammonium salt), 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 충전기는 전체 액체 매체의 1wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산된다.
상기 전계 방출 복합체 전구체 또는 복합체 필름 전구체가 액체 서스펜션의 형태로 생성되었으면, 기판 상에 고체 형태의 필름으로서 상기 전계 방출 복합체를 제공하도록 전구체가 전기영동 증착 프로세스를 통해 성기 기판 상에 증착될 수 있다(단계 270). 상기 필름은 상기 기판 상에 증착된 후에 건조, 어닐링(annealing) 및 활성화와 같은 하나 또는 그 이상의 다른 프로세스들을 겪는다. 상기 기판은 금속, 합금, 도전성 유리, 또는 금속화 세라믹으로 이루어질 수 있다. 상기 기판은, 예를 들면, 로봇 물질 핸들링 시스템과 같은 적절한 장비를 통해서나 사용자에 의해 수동으로 제공될 수 있다. 상기 기판은 그 상부에 상기 전계 방출 복합체 전구체 또는 복합체 필름 전구체의 층을 수용하도록 구성된다.
도 3은 탄소 나노튜브 및 금속 복합체 또는 복합체 필름을 사용하여 전계 방출 음극을 제조하는 방법(300)을 예시한다. 상기 방법의 일 측면에서, 여기에 앞서 설명한 경우들과 같은 기판은 증착 프로세스를 수행하기 위해 구성된 장비로 제공된다(단계 310). 상기 방법은 전계 방출 복합체 전구체 또는 복합체 필름 전구체와 같은 전계 방출 물질을 제조하는 과정을 더 포함한다(단계 320). 일부 경우들에서, 상기 전계 방출 물질은 상기 기판이 제공되기 이전에 생성된다. 상기 전계 방출 물질의 층은 상기 기판 상에 탄소 나노튜브/금속 복합체 또는 복합체 필름을 형성하도록 전기영동 증착 프로세스를 통해 상기 기판의 적어도 일부 상으로 증착된다(단계 330). 상기 필름에 상기 기판 상의 증착 후에 하나 또는 그 이상의 다른 프로세스들(건조, 어닐링 및 활성화)이 수행될 수 있으며, 이후에 완성되는 제품은 전계 방출 음극이다. 상기 기판은 금속, 합금, 도전성 유리, 또는 금속화 세라믹으로 이루어질 수 있다. 상기 기판은, 예를 들면, 로봇 물질 핸들링 시스템과 같은 적절한 장비를 통해서나 사용자에 의해 수동으로 제공될 수 있다.
단계 340은 그 서스펜션을 형성하도록 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 적어도 하나의 매트릭스 입자, 적어도 하나의 금속염 및 적어도 하나의 충전기를 액체 매체 내로 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 제조하는 일예를 예시한다. 상기 액체 매체 내로의 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자, 상기 적어도 하나의 금속염 및 상기 적어도 하나의 충전기의 분산은, 예를 들면, 초음파 처리, 자기 교반 또는 이들과 유사한 과정들에 의해 동시에 일어난다.
상기 구성 성분들의 특정 조성 및 양들은 특정한 응용에 적합하도록 변화될 수 있다. 예를 들면, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자는 약 100nm 내지 약 3마이크로미터의 직경을 가지는 유리 입자들을 생성하도록 유성 볼 밀링을 통해 처리된 상업적으로 입수 가능한 유리 입자들로 형성될 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자는 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산된다. 또한, 상기 적어도 하나의 금속염은 은염, 구리염, 백금염, 비스무트염, 텅스텐염, 안티몬염, 금염, 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 금속염은 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산된다. 상기 적어도 하나의 충전기는 리튬염, 나트륨염, 칼슘염, 마그네슘염, 알루미늄염, 아연염, 철염, 코발트염, 니켈염, 암모늄염, 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택될 수 있으며, 여기서 상기 적어도 하나의 충전기는 전체 액체 매체의 1wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산된다. 상기 탄소 나노튜브들은 화학 기상 증착 프로세스, 레이저 어블레이션(laser ablation) 프로세스 및/또는 아크 방전(arc discharge) 방법에 의해 제조될 수 있다.
상술한 방법들은 전기영동 증착 프로세스에 의해 탄소 나노튜브들 및 금속들을 기판 상으로 동시 증착함으로써 탄소 나노튜브들 및 금속들의 복합체 필름의 균일한 증착을 제공한다. 상기 방법들은 상기 기판에 대한 상기 탄소 나노튜브들의 접착을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 탄소 나노튜브/금속 복합체 필름들 및 이들로 구성되는 상기 전계 방출 음극들을 도전성을 향상시킨다. 또한, 상기 방법들은 상기 제조 프로세스에서의 탄소 나노튜브들의 표면 개질에 의해 탄소 나노튜브들의 일함수를 향상시킨다.
이들 방법들에 의해 제조된 상기 탄소 나노튜브/금속 복합체 필름들, 전자 전계 방출 음극들 및 진공 장치들과 같은 전자 전계 방출 음극 장치는 상기 전계 방출 물질의 층들의 증가된 전도성 및 상기 음극 표면에서의 전기장의 개선된 균일성과 같은 향상된 전자 전계 방출 특성들을 나타낸다.
여기에 설시되는 본 발명의 많은 변형들 및 다른 실시예들은 이들 개시되는 실시예들이 속하는 해당 기술 분야의 숙련자가 앞서의 설명들 및 관련 도면들에서 제시되는 교시들의 이점들을 이해하게 할 것이다. 이에 따라, 본 발명의 실시예들이 개시되는 특정 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 변형들 및 다른 실시예들도 본 발명의 범주 내에 포함되도록 의도되는 점이 이해될 것이다. 또한, 비록 앞서의 설명들 및 관련 도면들이 요소들 및/또는 기능들의 특정한 예시적인 결합들의 내용에서 예시적인 실시예들이 기술되지만, 요소들 및/또는 기능들의 다른 결합들도 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 선택적인 실시예들에 의해 제공될 수 있는 점이 이해되어야 할 것이다. 이러한 관점에서, 예를 들면, 앞서 명백하게 설명한 경우들과 다른 요소들 및/또는 기능들의 결합들도 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 간주된다. 특정한 용어들이 여기에 적용되지만, 이들은 일반적이고 서술적인 의미로만 사용되며, 제한의 목적으로 사용되는 것은 아니다.
비록 제1, 제2 등의 표현들이 다양한 단계들이나 계산들을 설명하기 위해 여기에 사용될 수 있지만, 이들 단계들이나 계산들이 이러한 표현들에 의해 제한되지는 않는 점이 이해되어야 할 것이다. 이들 표현들은 하나의 동작이나 계산을 다른 것들과 구별하기 위해서만 사용된다. 예를 들면, 본 발명의 범주를 벗어나지 않고 제1 계산이 제2 계산으로 지칭될 수 있고, 유사하게, 제2 단계가 제1 단계로 지칭될 수도 있다. 여기에 사용되는 바에 있어서, "및/또는"이라는 표현과 "/"의 기호는 관련되는 열거된 항목들의 하나 또는 그 이상의 임의의 및 모든 결합들을 포함한다.
여기에 사용되는 바에 있어서, "일", "하나" 및 "한"과 같은 단수 표현들은 본문에서 명확하게 다르게 기재하지 않는 한 복수의 형태들도 포함하도록 의도된다. 또한, "포함하다", "포함하는", "구비하다" 및/또는 "구비하는"이라는 표현들은 여기에 사용될 때에 기재된 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들 및/또는 성분들의 존재를 명시하지만, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들, 정수들, 단계들, 동작들, 요소들, 성분들 및/또는 이들의 그룹들의 존재나 추가를 배제하지 않는 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 여기에 사용되는 표현들은 특정한 실시예들을 설명하는 목적을 위한 것이며, 제한적으로 의도되는 것은 아니다.
Claims (22)
- 전계 방출 음극을 제조하는 방법에 있어서,
적어도 하나의 탄소 나노튜브, 적어도 하나의 매트릭스 입자, 적어도 하나의 금속염 및 적어도 하나의 충전기를 그 서스펜션을 형성하도록 액체 매체 내에 분산시켜 전계 방출 물질을 형성하는 단계; 및
상기 전계 방출 물질의 층을 상기 전계 방출 음극을 형성하도록 전기영동 증착을 통해 기판의 적어도 일부 상으로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 유리 입자를 포함하는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 상기 액체 매체 내에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 분산시키는 단계는 약 100nm 내지 약 3마이크로미터의 직경을 가지는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 은염, 구리염, 백금염, 비스무트염, 텅스텐염, 안티몬염, 금염, 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 적어도 하나의 금속염을 상기 액체 매체 내에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속염을 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 금속염을 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 리튬염, 나트륨염, 칼슘염, 마그네슘염, 알루미늄염, 아연염, 철염, 코발트염, 니켈염, 암모늄염, 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 적어도 하나의 충전기를 상기 액체 매체 내에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 충전기를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 충전기를 전체 액체 매체의 1wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자, 상기 적어도 하나의 금속염 및 상기 적어도 하나의 충전기를 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 액체 매체 내에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전계 방출 물질의 층을 증착하는 단계는 상기 전계 방출 물질의 층을 금속, 합금, 유리 또는 세라믹을 포함하는 상기 기판의 적어도 일부 상으로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계는 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자, 상기 적어도 하나의 금속염 및 상기 적어도 하나의 충전기를 상기 액체 매체 내에 동시에 분산시켜 상기 전계 방출 물질을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전계 방출 복합체를 제조하는 방법에 있어서,
적어도 하나의 탄소 나노튜브를 액체 매체 내로 도입하는 단계;
적어도 하나의 매트릭스 입자를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계;
적어도 하나의 금속염을 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계;
적어도 하나의 충전기를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계; 및
상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자, 상기 적어도 하나의 금속염 및 상기 적어도 하나의 충전기를 그 서스펜션을 형성하도록 상기 액체 매체 내로 동시에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법. - 제12항에 있어서, 상기 서스펜션을 전기영동 증착을 통해 기판 상으로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 도입하는 단계는 유리 입자를 포함하는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 매트릭스 입자를 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 금속염을 도입하는 단계는 은염, 구리염, 백금염, 비스무트염, 텅스텐염, 안티몬염, 금염, 또는 이들의 결합으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 적어도 하나의 금속염을 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나의 금속염을 전체 액체 매체의 10wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 충전기를 도입하는 단계는 리튬염, 나트륨염, 칼슘염, 마그네슘염, 알루미늄염, 아연염, 철염, 코발트염, 니켈염, 암모늄염, 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 적어도 하나의 충전기를 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 충전기를 분산시키는 단계는 상기 적어도 하나를 전체 액체 매체의 1wt%까지 상기 액체 매체 내에 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 도입하는 단계는 상기 적어도 하나의 탄소 나노튜브를 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 부탄올, 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸술폭시드(DMSO), 또는 이들의 결합들로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 상기 액체 매체 내로 도입하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 전계 방출 음극을 제조하는 방법에 있어서, 제12항의 전계 방출 복합체의 층을 상기 전계 방출 음극을 형성하도록 전기영동 증착을 통해 기판의 적어도 일부 상으로 증착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
- 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 따라 제조된 음극을 포함하는 전계 방출 음극 장치.
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