[發明專利]場發射元件及其制備方法

有效

• 申請號: 200610061093.4
• 申請日: 2006-06-09
• 公開（公告）號: CN101086939A
• 公開（公告）日: 2007-12-12
• 發明（設計）人: 劉亮;姜開利;范守善;陳清龍;李錫福;陳杰良
• 申請（專利權）人: 清華大學;鴻富錦精密工業(深圳)有限公司
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304;H01J29/04;C01B31/00;C01B31/02;H01J9/02
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技術領域

本發明涉及一種場發射元件及其制備方法，尤其涉及一種碳納米管場發射元件及其制備方法。

背景技術

碳納米管(Carbon?Nanotube，CNT)是一種新型碳材料，由日本研究人員Iijima在1991年發現，請參見″Helical?Microtubules?of?Graphitic?Carbon″，S.Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)。碳納米管具有極優異的導電性能、良好的化學穩定性和大的長徑比，且其具有幾乎接近理論極限的尖端表面積(尖端表面積愈小，其局部電場愈集中)，因而碳納米管在場發射領域具有潛在的應用前景。目前的研究表明，碳納米管是已知的最好的場發射材料之一，它的尖端尺寸只有幾納米至幾十納米，具有極低的場發射電壓(小于100伏)，可傳輸極大的電流密度，并且電流極穩定，使用壽命長，因而非常適合作為一種極佳的場發射元件，應用在場發射顯示器等設備的電子發射部件中。

現有的碳納米管場發射元件一般至少包括一導電陰極電極和作為發射端的碳納米管，該碳納米管形成于該導電陰極電極上。目前，碳納米管場發射元件的制備方法主要包括機械方法和原位生長法。其中，機械方法包括絲網印刷法和膠粘法。絲網印刷法一般通過將碳納米管粉末混合到漿料里，再通過絲網印刷的方式印刷到導電陰極上。此種方法通常需要配置分散均勻的碳納米管漿料，在印刷后需要烘干、摩擦、除粉塵、燒結等步驟，工藝復雜，且印刷法不適宜于制作大電流或高精度的場發射元件。粘膠法一般通過原子力顯微鏡操縱合成好的碳納米管，將碳納米管用導電膠固定到導電陰極上，此種方法程序簡單，但操作不容易且效率低。而且，制備出的發射體電流承載能力一般較低，另外，在粘膠法的操作過程中，化學膠層會滲透到微小的碳納米管間隙，其表面張力容易改變碳納米管發射體的形貌。另外，由于化學膠一般情況下無法耐受電子真空部件所需要的封接或排氣溫度(一般為300℃～500℃)，因此，該方法的實際應用受到限制。

原位生長法是先在導電陰極上鍍上金屬催化劑，然后通過化學氣相沉積、電弧放電或激光蒸發法等方法在導電陰極上直接生長出碳納米管，此種方法雖然操作簡單，碳納米管與導電陰極的電接觸良好。但是，碳納米管與導電陰極的結合能力較弱，在使用時碳納米管易脫落或被電場力拔出，從而導致場發射元件損壞。而且，由于該方法不易控制碳納米管的生長數量和方向，所以仍存在效率低且可控性差的問題。此外，原位生長法對陰極基底材料材料有所選擇，需要采用不影響化學氣相條件的硅、氧化鋁、氧化硅、高熔點金屬等，或者基底表面涂敷一層隔離層。而且，基底材料還需要能夠耐受碳納米管生長的高溫范圍，因此該方法成本較高，不利于實際應用。

因此，有必要提供一種容易固定于導電陰極、電性連接良好，電流承載能力高且生產和操作簡易，易于實際應用的場發射元件及其制備方法。

發明內容

以下，將以若干實施例說明一種場發射元件及其制備方法，其具有容易固定于導電陰極、電性連接良好，且易于生產和操作，易于實際應用的特點。

一種場發射元件，其包括至少一碳納米管場發射線材及至少一金屬支撐體線材，該碳納米管場發射線材和該金屬支撐體線材相互纏繞形成多股絞線結構。

該碳納米管場發射線材為碳納米管線或線狀碳納米管聚合物復合材料。

該碳納米管場發射線材的直徑為2微米～200微米。

該碳納米管聚合物復合材料包括聚合物材料和均勻分散于該聚合物材料中的碳納米管。

該碳納米管直徑為5納米～40納米。

該碳納米管聚合物復合材料中碳納米管的質量百分比含量為1％～10％。

該金屬支撐體材料為銅、銀、金、鎳或鉬。

該聚合物材料為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、丙烯腈一丁二烯丙烯一苯乙烯共聚物或聚碳酸酯/丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

該碳納米管線由多個碳納米管束通過范德華力首尾連接在一起形成。

一種場發射元件的制備方法，其包括以下步驟：提供至少一碳納米管場發射線材與至少一金屬支撐體線材；用紡線工藝將該碳納米管場發射線材與該金屬支撐體線材相互纏繞形成多股絞線結構；按照預定長度切割該碳納米管場發射線材與該金屬支撐體線材相互纏繞形成的多股絞線，形成場發射元件。

該切割方法包括機械剪切或激光切割。