TWI310200B - Method for making carbon nanotube yarn cathode - Google Patents

Description

1310200 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種碳奈米管絲陰極體之製造方法。 【先前技術】 碳奈米管絲是由碳奈米管陣列得到的，美國7,045，108 及6,957,993號專利介紹了碳奈米管絲的製造方法。碳奈米 管絲的出現將會促進宏觀碳奈米管器件的發展。 碳奈米管絲的端面具有良好的場發射性能，可以作爲 場發射電子源。但碳奈米管絲的端部形貌具有很大的隨機 性，而端部形貌對場發射影響很大，因此，不同的碳奈米 管絲場發射性能可能有很大差異。此外，碳奈米管絲的長 度也不好控制。因此，要批量製備場發射性能一致的陰極 發射體是比較困難的。 【發明内容】 有鑒於此，有必要提供一種碳奈米管絲陰極體之製造 方法，從而可以批量製備場發射性能一致的陰極發射體。 一種碳奈米管絲陰極體之製造方法，其包括以下步 驟：提供一根碳奈米管絲；由該根碳奈米管絲得到若干段 碳奈米管絲；將一段碳奈米管絲粘在金屬絲的一端；將該 段碳奈米管絲置於火焰中燃燒，得到一個碳奈米管絲陰極 將由上述方法第二步驟得到的若干段碳奈米管絲，依 次重復第三、第四步驟，可以得到多個碳奈米管絲陰極體。 利用上述方法製造得到的碳奈米管絲陰極體的長度和端部 •1310200 形貌具有較好的一致性，其場發射性能也比較一致，能夠 批量製造性能一致的碳奈米管絲陰極體。 【實施方式】 下面將結合附圖對本發明實施例作進一步的詳細說 明。 一種碳奈米管絲陰極體之製造方法包括以下步驟： 提供一根碳奈米管絲； 由該根碳奈米管絲得到若干段碳奈米管絲； 將一段碳奈米管絲粘在金屬絲的一端； 將該段碳奈米管絲置於火焰中燃燒，得到一個碳奈米 管絲陰極體。 下面將結合附圖，對本發明實施例碳奈米管絲陰極體 之製造方法進行說明。 步驟一：提供一根碳奈米管絲。 該碳奈米管絲可以通過以下方法得到：提供一基底； 將催化劑沈積於該基底表面；通入碳源氣與保護氣體的混 合氣體使碳奈米管陣列從基底上長出；于碳奈米管陣列中 選定一包括多個碳奈米管束的碳奈米管束片段，並使用拉 伸工具拉伸該碳奈米管束片段，使碳奈米管絲沿拉伸方向 形成。其中，該基底爲平整光滑的基底，催化劑與環境溫 度差在50°C以上，碳源氣的分壓低於20%。碳奈米管絲的 製造方法可以參見美國7,045,108及6,957,993號專利等。 步驟二：由該碳奈米管絲得到若干段碳奈米管絲。 通過機械方法或者非機械方法，由該碳_奈米管絲得到 * 1310200 若干段碳奈米管絲。機械方法指用剪刀剪斷，或者用鋒利 的刀片劃斷等等。非機械方法指用鐳射切斷、火焰燒斷等 等。每段碳奈米管絲的長度可以隨意控制，對長度沒有精 確要求。 步驟三：將一段碳奈米管絲粘在金屬絲的一端。 可以採用銀膠等材料將一段碳奈米管絲粘在金屬絲的 一端。作爲支撐體的金屬需要能夠導電、導熱，有足夠的 強度即可。在本實施例中採用銅絲。 步驟四：將該段碳奈米管絲置於火焰中燃燒，得到碳 奈米管絲陰極體。 將粘有碳奈米管絲的金屬絲一端置於火焰中進行烘 烤，例如酒精燈火焰等。這時，每段碳奈米管絲的前端會 在高溫火焰中燃燒掉，但由於碳奈米管優良的導熱性，碳 奈米管絲靠近金屬絲的部分會有一定長度的碳奈米管絲保 留下來。該長度與火焰的溫度和氧化氣氛、碳奈米管絲的 直徑、以及金屬絲的直徑有關，當這些條件固定後，燃燒 後保留的碳奈米管絲長度即確定。 在本實施例，在空氣中，採用約450°C的火焰燃燒碳 奈米管絲，碳奈米管絲的直徑約50 /z m，金屬絲採用銅絲， 銅絲的直徑約600/zm，這時候燃燒後保留的碳奈米管絲長 度約0.5mm。 將由上述方法第二步驟得到的若干段碳奈米管絲，依 次重復第三、第四步驟，可以得到多個碳奈米管絲陰極體。 用此方法製造得到的三個碳奈米管絲陰極體分別編號爲 1310200

A、B及c，它們的顯微鏡照片分別如圖ΙΑ、圖1B及圖 1C所示。由圖 < 以看出’用本方法得到的三個碳奈米管絲 陰極體的長度和端部形貌具有較好的一致性。該三個碳奈 米管絲陰極體A、B及C對應的場發射曲線分別如圖2A、 圖2B及圖2C所示。圖2A、圖2B及圖2C的橫坐標代表 電壓，符號爲U，單位是伏(v)，縱坐標代表電流，符號爲 1，單位是安培(A)。由圖可以看出，該三個碳奈米管絲陰 極體的場發射彳生能也比較一致。 利用此方法製造得到的碳奈米管絲陰極體的長度和女 部形貌具有較好的一致性，其場發射性能也比較一致，E 此適合批量製造性能一致的碳奈米管絲陰極體。 综上所述’本發明符合發明專利要件，爰依法提出』 利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，; 發明之範圍並不以上述實施方式為限， 之人士援依本發明之精神所作之等致修 t ^ '

蓋於以下申請專利範u内。 > 或變彳b H 【圖式簡單說明】 圖1的碳奈米管絲陰極體的顯微鏡昭片。 圖1Β爲編號Β的碳奈米管絲陰極體鏡…片 圖1c爲編號C的碳奈米管絲陰極體的領:: 圖2A爲編號A的碳奈米管絲陰極體 兄… 圖2B爲編M；B的碳奈米管辞 & #發射曲線。 问9「致㈣Cm 4 ^體的場發射曲線。 圖爲的奴奈来管絲陰極體的場發射曲線。 1310200 【主要元件符號說明】

Claims (1)

1310200 十、申請專利範圍： 1.二種碳奈米管絲陰極體之製造方法，其包括以下步驟： 提供一根碳奈米管絲； 由該根碳奈米管絲得到若干段碳奈米管絲； 將一段碳奈米管絲粘在金屬絲的一端； 將該段碳奈米管絲置於火焰中燃燒，得到一個碳奈米管絲 陰極體。 # 2.如中請專·圍第1項所述之碳奈”絲陰極體之製造方 法三其中’該根碳奈米管絲的直徑為5Q"m，該金屬絲的 直徑為60〇#m ’該火焰的溫度為45〇°c。 3·如申請專利範圍第1項所述之碳奈米管絲陰極體之製造方 法，其中’所述燃燒步驟中，、將該段碳奈米管絲置於酒精 燈火焰中燃燒。 4.如申請專纖圍第1項所述之碳奈米管騎極體之製造方 法’其中’所述金屬絲爲銅絲。 籲5.如申請專利範圍第丄項所述之碳奈来管絲陰極體之製造方 法’其中，該段破奈米管絲是通過娘_在金屬絲的一端。 6·如申請專娜圍第i項所述之妓米管絲陰極體之製造方 法，其中，該根碳奈米管絲是由碳奈米管陣列得到的。 7. 如申凊專利範圍第1項所述之碳奈米管絲陰極體之製造方 法，其中，所述若干段碳奈米管絲是通過機械方法切斷得 到的。 8, 如申請專利範圍第1項所述之石炭奈米管絲陰極體之製造方 法’其中’所述若干段礙奈米管絲是通過火焰燒斷或者鐳 11 1310200 射切斷得到的。