TW201406199A

TW201406199A - 奈米碳管場發射體

Info

Publication number: TW201406199A
Application number: TW101129098A
Authority: TW
Inventors: Peng Liu; Kai-Li Jiang; Shou-Shan Fan
Original assignee: Hon Hai Prec Ind Co Ltd
Priority date: 2012-07-26
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2014-02-01
Also published as: CN103578885A; US8917013B2; CN103578885B; US20140028178A1; TWI558265B

Abstract

本發明涉及一種奈米碳管場發射體，其包括一發射端部和一支撐端部，所述發射端部和支撐端部沿一第一方向連續分佈且一體成型。所述發射端部具有一第一端面，所述支撐端部具有一與所述第一端面相平行的第二端面。所述發射端部由複數個奈米碳管組成一第一卷紙結構，所述支撐端部由金屬材料和複數個奈米碳管複合形成一第二卷紙結構。

Description

奈米碳管場發射體

本發明涉及一種奈米碳管場發射體。

近幾年來，隨著奈米碳管及奈米材料研究的不斷深入，其廣闊的應用前景不斷顯現出來。例如，由於奈米碳管所具有的獨特的電磁學、光學、力學、化學等性能，大量有關其在場發射電子源、感測器、新型光學材料、軟鐵磁材料等領域的應用研究不斷被報導。以場發射技術為例，奈米碳管早已以其優良的導電性能，完美的晶格結構，奈米尺度的尖端等特性成為優良的場發射體材料，請參閱Walt A. de Heer 等人Science 270，1179-1180 (1995), A Carbon Nanotube Field-Emission Electron Source一文。

先前技術中，通常使用的奈米碳管場發射體的製備方法包括直接生長法及後續加工處理法兩種。

直接生長法通常係指：首先提供一陰極基底，在該陰極基底表面形成一催化劑層；然後採用化學氣相沈積法在該陰極基底的催化劑位置生長出奈米碳管以直接形成一奈米碳管場發射體（請參閱“Low-temperature CVD growth of carbon nanotubes for field emission application”，Kuang-chung Chen，Diamond & Related Materials，Vol.16，P566（2007））。但是，由於化學氣相沈積法生長的奈米碳管陣列頂部表面奈米碳管纏繞，故，奈米碳管在該表面的形態雜亂無章，這種情況導致該種奈米碳管場發射體的場發射均勻性較差，且由於奈米碳管陣列中的奈米碳管的排列密度較高，相鄰的奈米碳管之間存在著較強的遮罩效應，影響了這種場發射體的場發射電流及其實際應用性能。

後續加工處理法通常係指：首先將已製備好的作為發射體的奈米碳管混合在漿料中；然後將上述漿料印刷在陰極基底上以在該陰極基底上形成一場發射層，進而獲得一奈米碳管場發射體。但是，用印刷法形成的場發射層中奈米碳管的密度較小，進而導致有效發射體的密度較小，場發射電流較小；並且，由於採用印刷法製備的奈米碳管場發射體中的奈米碳管取向雜亂無序，使得其場發射均勻性較差。

有鑒於此，確有必要提供一種可以減小奈米碳管之間的遮罩效應而得到具有較大發射電流密度，以及具有較高強度和導電性能的奈米碳管場發射體及其製備方法。

本發明提供一種奈米碳管場發射體，其包括一發射端部和一支撐端部，所述發射端部和支撐端部沿一第一方向連續分佈且一體成型，所述發射端部具有一第一端面，所述支撐端部具有一與所述第一端面相平行的第二端面，所述發射端部由複數個奈米碳管組成一第一卷紙結構，所述支撐端部由金屬材料和複數個奈米碳管複合形成一第二卷紙結構。

進一步地，所述第一卷紙結構通過捲曲一奈米碳管層的第二區域而成，其中，該奈米碳管層由所述複數個奈米碳管組成；所述第二卷紙結構通過捲曲塗覆了一金屬層的該奈米碳管層的第一區域而成，其中，該金屬層由所述金屬材料組成。

進一步地，所述奈米碳管層包括一個或複數個層疊設置的奈米碳管拉膜。

進一步地，所述發射端部包括複數個彼此分離的場發射尖端。

本發明提供另一種奈米碳管場發射體，其包括一發射端部和一支撐端部，所述發射端部和支撐端部沿一第一方向連續分佈且一體成型，所述發射端部和支撐端部均由複數個奈米碳管組成。

進一步地，所述奈米碳管場發射體為由複數個奈米碳管組成的一第三卷紙結構。

進一步地，所述第三卷紙結構中的複數個奈米碳管首尾相連且沿所述第一方向定向排列。

與先前技術相比，本發明至少具有以下優點：第一，該奈米碳管場發射體的支撐端部塗覆有金屬層，故可以提高該奈米碳管場發射體的導電和導熱性能，從而提高該奈米碳管場發射體的電流負載能力；第二，支撐端部的金屬層同時可以提高整個奈米碳管場發射體的機械性能；第三，利用鐳射切割該奈米碳管場發射體的發射端部，形成複數個彼此分離的場發射尖端，從而可減輕該奈米碳管場發射體的發射端部的遮罩效應，提高其場發射性能；第四，利用本發明方法製備的奈米碳管場發射體的發射端部和支撐端部為一體成型，故既能減少製備工序，又能獲得具有良好機械性能和結構穩定性的場發射體。

下面將結合圖式及具體實施例，對本發明提供的奈米碳管場發射體的製備方法以及利用該方法得到的奈米碳管場發射體做進一步的詳細說明。

實施例1

請參閱圖1，本發明實施例1提供一種奈米碳管場發射體10的製備方法，其包括以下步驟：

(S1) 提供一奈米碳管層100，該奈米碳管層100具有相對的第一表面102和第二表面104，將該奈米碳管層100的第一表面102沿一第一方向X區分為第一區域1022和第二區域1024；

(S2) 塗覆一金屬層120於該奈米碳管層100的第一表面102的第一區域1022；以及

(S3) 以所述第一方向X為卷軸，以所述第一表面102為內表面，捲曲該塗覆金屬層120後的奈米碳管層100，形成一奈米碳管場發射體10，該奈米碳管場發射體10由一發射端部12和一支撐端部14組成，該發射端部12和支撐端部14沿所述第一方向X連續分佈且一體成型。

在步驟(S1)中，所述奈米碳管層100為由複數個奈米碳管組成的自支撐結構。所謂自支撐結構，係指不需要依附任何基底、能保持其自身形狀的結構。同時，該奈米碳管層100為一柔性結構。所述第一區域1022和第二區域1024在第一方向X上連續分佈。所述奈米碳管層100中相鄰的奈米碳管之間通過凡得瓦力首尾相連，且該奈米碳管層100中的奈米碳管沿第一方向X定向排列。

請參閱圖2，所述奈米碳管層100可由單個奈米碳管拉膜110組成，也可由複數個奈米碳管拉膜110層疊設置而成。該奈米碳管層100的厚度可根據所述奈米碳管拉膜110的層數調整，具體為5奈米~100微米之間。該奈米碳管層100的寬度和長度與所述奈米碳管拉膜110的尺寸相同。

請參閱圖3，所述奈米碳管拉膜110包括複數個首尾相連且沿一固定方向定向排列的奈米碳管。當所述奈米碳管層100由複數個奈米碳管拉膜110層疊設置而成時，該複數個奈米碳管拉膜110中的複數個奈米碳管均沿所述第一方向X定向排列。

本實施例1中，所述奈米碳管拉膜110的製備方法包括以下步驟：

首先，提供一奈米碳管陣列形成於一生長基底，該陣列優選為超順排奈米碳管陣列。

該超順排奈米碳管陣列的製備方法採用化學氣相沈積法，其具體步驟包括：（a）提供一平整生長基底，該生長基底可選用P型或N型矽生長基底，或選用形成有氧化層的矽生長基底，本發明實施例優選為採用4英寸的矽生長基底；（b）在生長基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）或其任意組合的合金之一；（c）將上述形成有催化劑層的生長基底在700℃~900℃的空氣中退火約30分鐘~90分鐘；（d）將處理過的生長基底置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱到500℃~740℃，然後通入碳源氣體反應約5分鐘~30分鐘，生長得到奈米碳管陣列。該奈米碳管陣列為複數個彼此平行且垂直於生長基底生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。通過控制生長條件，該定向排列的奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。

其次，採用一拉伸工具從奈米碳管陣列中拉取奈米碳管獲得至少一奈米碳管拉膜110，其具體包括以下步驟：（a）從所述超順排奈米碳管陣列中選定一個或具有一定寬度的複數個奈米碳管，優選為採用具有一定寬度的膠帶、鑷子或夾子接觸奈米碳管陣列以選定一個或具有一定寬度的複數個奈米碳管；（b）以一定速度拉伸該選定的奈米碳管，從而形成首尾相連的複數個奈米碳管片段，進而形成一連續的奈米碳管拉膜110。

在上述拉伸過程中，該複數個奈米碳管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離生長基底的同時，由於凡得瓦力作用，該選定的複數個奈米碳管片段分別與其他奈米碳管片段首尾相連地連續地被拉出，從而形成一連續、均勻且具有一定寬度的奈米碳管拉膜110。

該奈米碳管拉膜110的寬度與奈米碳管陣列的尺寸有關，該奈米碳管拉膜110的長度不限，可根據實際需求制得。當該奈米碳管陣列的面積為4英寸時，該奈米碳管拉膜110的寬度為10微米~10厘米，該奈米碳管拉膜110的厚度為5奈米~10微米。

在步驟(S2)中，所述金屬層120的塗覆方法可以係旋塗、噴塗、濺塗、蒸鍍、滾塗、滴塗、印刷和黏附方法中的一種。本實施例中，優選採用蒸鍍方法將所述金屬層120形成於所述奈米碳管層100的第一表面102的第一區域1022。所述金屬層120的材料可以係金、銀、銅、鎳中的一種或多種。所述金屬層120的厚度在5奈米~100微米之間。

在步驟(S3)中，通過捲曲所述奈米碳管層100的第二區域1024形成所述奈米碳管場發射體10的發射端部12；通過捲曲所述塗覆了所述金屬層120的所述奈米碳管層100的第一區域1022形成所述奈米碳管場發射體10的支撐端部14。

利用本實施例1的方法製備獲得的奈米碳管場發射體10的結構如圖4和圖5所示。

請參閱圖4和圖5，該奈米碳管場發射體10整體呈一卷紙結構，其由一發射端部12和一支撐端部14組成，所述發射端部12和支撐端部14沿所述第一方向X連續分佈且一體成型，該發射端部12具有一第一端面，該支撐端部14具有一與所述第一端面相對的第二端面。

所述發射端部12由複數個奈米碳管組成。具體地，所述發射端部12為由所述奈米碳管層100的第二區域1024捲曲而成的一卷紙結構，該卷紙結構中的層與層之間具有間隙，該間隙的大小與所述金屬層120的厚度相等。

所謂所述發射端部12為由所述奈米碳管層100的第二區域1024捲曲而成的一卷紙結構係指：所述發射端部12垂直於所述第一方向X的橫截面呈一單螺旋結構。所述單螺旋結構由所述奈米碳管層100構成。

所述支撐端部14由金屬材料和複數個奈米碳管組成。具體地，所述支撐端部14為由層疊設置的所述奈米碳管層100的第一區域1022和金屬層120捲曲而成的一卷紙結構，該卷紙結構中的層與層之間緊密貼合，其中，該支撐端部14的最外層為所述奈米碳管層100，其最內層為所述金屬層120。

所謂所述支撐端部14為由層疊設置的所述奈米碳管層100的第一區域1022和金屬層120捲曲而成的一卷紙結構係指：所述支撐端部14垂直於所述第一方向X的橫截面呈一雙螺旋結構。所述雙螺旋結構由所述奈米碳管層100和金屬層120交替排列構成，其中，該雙螺旋結構的最外層為所述奈米碳管層100，該雙螺旋結構的最內層為所述金屬層120。

實施例2

請參閱圖6，本發明實施例2提供一種奈米碳管場發射體20的製備方法，其包括以下步驟：

(S3) 以所述第一方向X為卷軸，以所述第二表面104為內表面，捲曲該塗覆金屬層120後的奈米碳管層100，形成一奈米碳管場發射體20，該奈米碳管場發射體20由一發射端部22和一支撐端部24組成，該發射端部22和支撐端部24沿所述第一方向X連續分佈且一體成型。

本實施例2提供的奈米碳管場發射體20的製備方法，與實施例1相比，其不同之處在於：步驟S3中，實施例1以所述第一表面102為內表面，捲曲塗覆金屬層120後的奈米碳管層100；而本實施例2以所述第二表面104為內表面，捲曲塗覆金屬層120後的奈米碳管層100。本實施例2中的其餘步驟與實施例1相同。

利用本實施例2的方法製備獲得的奈米碳管場發射體20的結構如圖7和圖8所示。

請參閱圖7和圖8，該奈米碳管場發射體20整體呈一卷紙結構，其由一發射端部22和一支撐端部24組成，所述發射端部22和支撐端部24沿所述第一方向X連續分佈且一體成型，該發射端部22具有一第一端面，該支撐端部24具有一與所述第一端面相平行的第二端面。

所述發射端部22由複數個奈米碳管組成。具體地，所述發射端部22為由所述奈米碳管層100的第二區域1024捲曲而成的一卷紙結構，該卷紙結構中的層與層之間具有間隙，該間隙的大小與所述金屬層120的厚度相等。

所謂所述發射端部22為由所述奈米碳管層100的第二區域1024捲曲而成的一卷紙結構係指：所述發射端部22垂直於所述第一方向X的橫截面呈一單螺旋結構。所述單螺旋結構由所述奈米碳管層100構成。

所述支撐端部24由金屬材料和複數個奈米碳管組成。具體地，所述支撐端部24為由層疊設置的所述奈米碳管層100的第一區域1022和金屬層120捲曲而成的一卷紙結構，該卷紙結構中的層與層之間緊密貼合，其中，該支撐端部14的最外層為所述金屬層120，其最內層為所述奈米碳管層100。

所述支撐端部24為由層疊設置的所述奈米碳管層100的第一區域1022和金屬層120捲曲而成的一卷紙結構係指：所述支撐端部24垂直於所述第一方向X的橫截面呈一雙螺旋結構。所述雙螺旋結構由所述奈米碳管層100和金屬層120交替排列構成，其中，該雙螺旋結構的最外層為所述金屬層120，該雙螺旋結構的最內層為所述奈米碳管層100。

該奈米碳管場發射體20與所述奈米碳管場發射體10之間的區別在於：該奈米碳管場發射體20的支撐端部24的最外層為所述金屬層120，其最內層為所述奈米碳管層100；而所述奈米碳管場發射體10的支撐端部14的最外層為所述奈米碳管層100，其最內層為所述金屬層120。

實施例3

請參閱圖9，本發明實施例3提供一種奈米碳管場發射體30的製備方法，其包括以下步驟：

(S1) 提供一奈米碳管層100，該奈米碳管層100具有相對的第一表面102和第二表面104，將該奈米碳管層100的第一表面102沿一第一方向X區分為第一區域1022和第二區域1024，將該奈米碳管層100的第二表面104沿該第一方向X區分為第三區域1042和第四區域1044，該第一區域1022、第二區域1024分別與第三區域1042、第四區域1044相對應；

(S2) 分別塗覆一金屬層120於該奈米碳管層100的第一表面102的第一區域1022和第二表面104的第三區域1042；以及

(S3) 以所述第一方向X為卷軸，以所述第一表面102或第二表面104為內表面，捲曲該塗覆金屬層120後的奈米碳管層100，形成一奈米碳管場發射體30，該奈米碳管場發射體30由一發射端部32和一支撐端部34組成，該發射端部32和支撐端部34沿所述第一方向X連續分佈且一體成型。

本實施例3提供的奈米碳管場發射體30的製備方法，與實施例1相比，其不同之處在於：步驟S2中，實施例1只塗覆一金屬層120於所述奈米碳管層100的第一表面102；而本實施例3分別塗覆一金屬層120於所述奈米碳管層100的第一表面102和第二表面104。本實施例3中的其餘步驟與實施例1基本相同。

利用本實施例3的方法製備獲得的奈米碳管場發射體30的結構如圖10和圖11所示。

請參閱圖10和圖11，該奈米碳管場發射體30整體呈一卷紙結構，其由一發射端部32和一支撐端部34組成，所述發射端部32和支撐端部34沿所述第一方向X連續分佈且一體成型，該發射端部32具有一第一端面，該支撐端部34具有一與所述第一端面相平行的第二端面。

所述發射端部32由複數個奈米碳管組成。具體地，所述發射端部32為由所述奈米碳管層100的第二區域1024捲曲而成的一卷紙結構，該卷紙結構中的層與層之間具有間隙，該間隙的大小與所述金屬層120的厚度相等。

所述發射端部32為由所述奈米碳管層100的第二區域1024捲曲而成的一卷紙結構係指：所述發射端部32垂直於所述第一方向X的橫截面呈一單螺旋結構。所述單螺旋結構由所述奈米碳管層100構成。

所述支撐端部34由金屬材料和複數個奈米碳管組成。具體地，所述支撐端部34為由層疊設置的兩個金屬層120以及夾在所述兩個金屬層120之間的一奈米碳管層100的第一區域1022捲曲而成的一卷紙結構，該卷紙結構中的層與層之間緊密貼合，其中，該支撐端部14的最外層和最內層均為所述金屬層120。

所述支撐端部34為由層疊設置的兩個金屬層120以及夾在所述兩個金屬層120之間的一奈米碳管層100的第一區域1022捲曲而成的一卷紙結構係指：所述支撐端部34垂直於所述第一方向X的橫截面呈一雙螺旋結構。所述雙螺旋結構由所述奈米碳管層100和金屬層120交替排列構成，其中，該雙螺旋結構的最外層和最內層均為所述金屬層120。

該奈米碳管場發射體30與所述奈米碳管場發射體10之間的區別在於：該奈米碳管場發射體30的支撐端部24的最外層和最內層均為所述金屬層120；而所述奈米碳管場發射體10的支撐端部14的最外層為所述奈米碳管層100，其最內層為所述金屬層120。

實施例4

請參閱圖12，本發明實施例4提供一種奈米碳管場發射體40的製備方法，其包括以下步驟：

(S1) 提供一奈米碳管層100，該奈米碳管層100具有相對的第一表面102和第二表面104，將該奈米碳管層100沿一第一方向X區分為第一區域1022和第二區域1024；

(S2) 塗覆一金屬層120於該奈米碳管層100的第一表面102的第一區域1022；

(S3) 以所述第一方向X為卷軸，以所述第一表面102為內表面，捲曲該塗覆金屬層120後的奈米碳管層100，形成一奈米碳管場發射體10，該奈米碳管場發射體10包括一發射端部12；以及

(S4) 利用鐳射切割所述發射端部12，在該發射端部12形成複數個場發射尖端122，最終獲得一奈米碳管場發射體40，該奈米碳管場發射體40由一發射端部12和一支撐端部14組成，該發射端部12和支撐端部14沿所述第一方向X連續分佈且一體成型，該發射端部12具有複數個場發射尖端122。

本實施例4提供的奈米碳管場發射體40的製備方法係在實施例1的基礎上增加了步驟S4。

在步驟S4中，當用鐳射切割所述奈米碳管場發射體10的發射端部12時，其切割方向與所述第一方向X之間形成一夾角α，且0°≦α≦5°。優選地，在本實施例中，α=0°。所用鐳射的功率不限，只要能切割所述奈米碳管層100就行。鐳射切割時的氣氛不限，可以在真空中，也可以在某種活性氣氛中。當在真空中時，奈米碳管在切割時被蒸發掉；當在某種活性氣氛中時，奈米碳管被該活性氣氛反應掉。

利用本實施例4的方法製備獲得的奈米碳管場發射體40的結構如圖13所示。

請參閱圖13，該奈米碳管場發射體40與所述奈米碳管場發射體10之間的區別在於：所述奈米碳管場發射體10的發射端部12只有一個場發射尖端；而所述奈米碳管場發射體40的發射端部12具有複數個場發射尖端122，且該複數個場發射尖端122彼此分離。

實施例5

請參閱圖14，本發明實施例5提供一種奈米碳管場發射體50的製備方法，其包括以下步驟：

(S3) 以所述第一方向X為卷軸，以所述第二表面104為內表面，捲曲該塗覆金屬層120後的奈米碳管層100，形成一奈米碳管場發射體20，該奈米碳管場發射體20包括一發射端部22；以及

(S4) 利用鐳射切割所述發射端部22，在該發射端部22形成複數個場發射尖端222，最終獲得一奈米碳管場發射體50，該奈米碳管場發射體50由一發射端部22和一支撐端部24組成，該發射端部22和支撐端部24沿所述第一方向X連續分佈且一體成型，該發射端部22具有複數個場發射尖端222。

本實施例5提供的奈米碳管場發射體40的製備方法係在實施例2的基礎上增加了步驟S4。

在步驟S4中，當用鐳射切割所述奈米碳管場發射體20的發射端部22時，其切割方向與所述第一方向X之間形成一夾角α，且0°≦α≦5°。優選地，在本實施例中，α=0°。所用鐳射的功率不限，只要能切割所述奈米碳管層100就行。

利用本實施例5的方法製備獲得的奈米碳管場發射體50的結構如圖15所示。

請參閱圖15，該奈米碳管場發射體50與所述奈米碳管場發射體20之間的區別在於：所述奈米碳管場發射體20的發射端部22只有一個場發射尖端；而所述奈米碳管場發射體50的發射端部22具有複數個場發射尖端222，且該複數個場發射尖端222彼此分離。

實施例6

請參閱圖16，本發明實施例6提供一種奈米碳管場發射體60的製備方法，其包括以下步驟：

(S3) 以所述第一方向X為卷軸，以所述第一表面102或第二表面104為內表面，捲曲該塗覆金屬層120後的奈米碳管層100，形成一奈米碳管場發射體30，該奈米碳管場發射體30包括一發射端部32；以及

(S4) 利用鐳射切割所述發射端部32，在該發射端部32形成複數個場發射尖端322，最終獲得一奈米碳管場發射體60，該奈米碳管場發射體60由一發射端部32和一支撐端部34組成，該發射端部32和支撐端部34沿所述第一方向X連續分佈且一體成型，該發射端部32具有複數個場發射尖端322。

本實施例6提供的奈米碳管場發射體60的製備方法係在實施例3的基礎上增加了步驟S4。

在步驟S4中，當用鐳射切割所述奈米碳管場發射體30的發射端部32時，其切割方向與所述第一方向X之間形成一夾角α，且0°≦α≦5°。優選地，在本實施例中，α=0°。所用鐳射的功率不限，只要能切割所述奈米碳管層100就行。

利用本實施例6的方法製備獲得的奈米碳管場發射體60的結構如圖17所示。

請參閱圖17，該奈米碳管場發射體60與所述奈米碳管場發射體30之間的區別在於：所述奈米碳管場發射體30的發射端部32只有一個場發射尖端；而所述奈米碳管場發射體60的發射端部32具有複數個場發射尖端322，且該複數個場發射尖端322彼此分離。

所述奈米碳管場發射體40，50和60，其發射端部12，22和32均包括複數個彼此分離的場發射尖端122，222和322，相較於未經鐳射處理的奈米碳管場發射體10，20和30而言，在作為場發射體使用時所需的驅動電壓更小。在相同的驅動電壓下，該奈米碳管場發射體40，50和60可獲得更大密度的發射電流。

實施例7

請參閱圖18，本發明實施例7提供一種奈米碳管場發射體70的製備方法，其包括以下步驟：

(S1) 提供一奈米碳管層100；

(S2) 以一第一方向X為卷軸，捲曲該奈米碳管層100，形成一奈米碳管場發射體70，該奈米碳管場發射體70包括一發射端部72和一支撐端部74；以及

(S3) 緊固該奈米碳管場發射體70。

上述製備方法可進一步包括以下步驟：

(S4) 利用鐳射切割所述奈米碳管場發射體70的發射端部72，在該發射端部72形成複數個場發射尖端722。

在本實施例7中，所述奈米碳管層100與前述實施例中所用的奈米碳管層100結構相同。所述第一方向X與前述實施例中的第一方向X一致。所述發射端部72與支撐端部74沿所述第一方向X連續分佈且一體成型。

步驟(S3)中，所述緊固該奈米碳管場發射體70的方法包括利用金屬線箍緊該奈米碳管場發射體70，或利用金屬膜包緊該奈米碳管場發射體70。

步驟(S4)中，所述利用鐳射切割所述奈米碳管場發射體70的方法與前述實施例中所用方法相同。

本實施例7獲得的奈米碳管場發射體70與實施例4獲得的奈米碳管場發射體40相比，不同之處在於：奈米碳管場發射體70中不含金屬材料，只由奈米碳管組成；而奈米碳管場發射體40的發射端部12由奈米碳管組成，其支撐端部14由奈米碳管和金屬材料組成。

與先前技術相比，本發明至少具有以下優點：第一，利用本發明方法製備的奈米碳管場發射體的支撐端部塗覆有金屬層，故可以提高該奈米碳管場發射體的導電和導熱性能，從而提高該奈米碳管場發射體的電流負載能力；第二，支撐端部的金屬層同時可以提高整個奈米碳管場發射體的機械性能；第三，利用鐳射切割該奈米碳管場發射體的發射端部，形成複數個彼此分離的場發射尖端，從而可減輕該奈米碳管場發射體的發射端部的遮罩效應，提高其場發射性能；第四，利用本發明方法製備的奈米碳管場發射體的發射端部和支撐端部為一體成型，故既能減少製備工序，又能獲得具有良好機械性能和結構穩定性的場發射體。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10，20，30，40，50，60，70．．．奈米碳管場發射體

100．．．奈米碳管層

102．．．第一表面

104．．．第二表面

1022．．．第一區域

1024．．．第二區域

1042．．．第三區域

1044．．．第四區域

110．．．奈米碳管拉膜

120．．．金屬層

12，22，32，72．．．發射端部

122，222，322，722．．．發射尖端

14，24，34，74．．．支撐端部

X．．．第一方向

圖1為本發明實施例1提供的奈米碳管場發射體的製備方法的工藝流程示意圖。

圖2為本發明實施例1中使用的奈米碳管層的結構示意圖。

圖3為本發明實施例1中使用的奈米碳管層中的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。

圖4為利用本發明實施例1提供的製備方法獲得的奈米碳管場發射體的示意圖。

圖5為圖4中的奈米碳管場發射體的支撐端部的橫截面圖。

圖6為本發明實施例2提供的奈米碳管場發射體的製備方法的工藝流程示意圖。

圖7為利用本發明實施例2提供的製備方法獲得的奈米碳管場發射體的示意圖。

圖8為圖7中的奈米碳管場發射體的支撐端部的橫截面圖。

圖9為本發明實施例3提供的奈米碳管場發射體的製備方法的工藝流程示意圖。

圖10為利用本發明實施例3提供的製備方法獲得的奈米碳管場發射體的示意圖。

圖11為圖10中的奈米碳管場發射體的支撐端部的橫截面圖。

圖12為本發明實施例4提供的奈米碳管場發射體的製備方法的工藝流程示意圖。

圖13為利用本發明實施例4提供的製備方法獲得的奈米碳管場發射體的示意圖。

圖14為本發明實施例5提供的奈米碳管場發射體的製備方法的工藝流程示意圖。

圖15為利用本發明實施例5提供的製備方法獲得的奈米碳管場發射體的示意圖。

圖16為本發明實施例6提供的奈米碳管場發射體的製備方法的工藝流程示意圖。

圖17為利用本發明實施例6提供的製備方法獲得的奈米碳管場發射體的示意圖。

圖18為本發明實施例7提供的奈米碳管場發射體的製備方法的工藝流程示意圖。

10．．．奈米碳管場發射體

12．．．發射端部

14．．．支撐端部

Claims

一種奈米碳管場發射體，其包括一發射端部和一支撐端部，所述發射端部和支撐端部沿一第一方向連續分佈且一體成型，所述發射端部由複數個奈米碳管組成，所述支撐端部由金屬材料和複數個奈米碳管複合形成。
如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述發射端部由複數個奈米碳管組成一第一卷紙結構，所述支撐端部由金屬材料和複數個奈米碳管複合形成一第二卷紙結構。
如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述第一卷紙結構通過捲曲由所述複數個奈米碳管組成的一奈米碳管層而形成。
如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述第二卷紙結構通過捲曲塗覆了一金屬層的一奈米碳管層而形成，所述金屬層由所述金屬材料組成，所述奈米碳管層由所述複數個奈米碳管組成。
如申請專利範圍第3項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述第一卷紙結構中相鄰的兩層奈米碳管層之間有間隙，該間隙的大小在5奈米~100微米之間。
如申請專利範圍第4項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述第二卷紙結構中的相鄰的奈米碳管層和金屬層之間緊密結合。
如申請專利範圍第4項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述第二卷紙結構的最內層為所述奈米碳管層，其最外層為所述金屬層。
如申請專利範圍第4項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述第二卷紙結構的最內層為所述金屬層，其最外層為所述奈米碳管層。
如申請專利範圍第2項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述第一卷紙結構通過捲曲由所述複數個奈米碳管組成的一奈米碳管層而形成，所述第二卷紙結構通過捲曲正反兩面均塗覆了由所述金屬材料組成的一金屬層的一奈米碳管層而形成。
如申請專利範圍第9項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述第二卷紙結構的最內層和最外層均為所述金屬層。
如申請專利範圍第4項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述金屬層的厚度在5奈米~100微米之間。
如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述金屬材料包括金、銀、銅、鎳中的一種或多種。
如申請專利範圍第4項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述奈米碳管層的厚度在5奈米~100微米之間。
如申請專利範圍第4項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述奈米碳管層包括一個或複數個層疊設置的奈米碳管拉膜。
如申請專利範圍第14項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述奈米碳管拉膜包括複數個首尾相連且沿所述第一方向定向排列的奈米碳管。
如申請專利範圍第4項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述奈米碳管層包括複數個奈米碳管拉膜，該複數個奈米碳管拉膜中的複數個奈米碳管均沿所述第一方向定向排列。
如申請專利範圍第1項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述發射端部具有一第一端面，所述支撐端部具有一與所述第一端面相對的第二端面，所述第一端面的橫截面呈一單螺旋結構，所述第二端面的橫截面呈一雙螺旋結構。
如申請專利範圍第1-17項中任一項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述發射端部包括複數個彼此分離的場發射尖端。
一種奈米碳管場發射體，其包括一發射端部和一支撐端部，所述發射端部和支撐端部沿一第一方向連續分佈且一體成型，所述發射端部和支撐端部均由複數個奈米碳管組成。
如申請專利範圍第19項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述奈米碳管場發射體為由複數個奈米碳管組成的一第三卷紙結構。
如申請專利範圍第20項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述第三卷紙結構包括複數個首尾相連且沿所述第一方向定向排列的奈米碳管。
如申請專利範圍第19-21項中任一項所述的奈米碳管場發射體，其中，所述發射端部包括複數個彼此分離的場發射尖端。