[發明專利]用于制備納米碳管大面積垂直取向的高壓電場處理裝置

無效

• 申請號: 200810060547.5
• 申請日: 2008-03-27
• 公開（公告）號: CN101254915A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發明（設計）人: 顧征;梁宜勇;夏姣真;顧智企
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B82B1/00;B82B3/00
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司
• 代理人: 盛輝地

技術領域

本發明涉及一種用于納米碳管，特別是涉及用于制備納米碳管大面積垂直取向的高壓電場處理裝置。

背景技術

自從1991年Iijima發現了納米碳管(CNT)，它以其獨特的準一維結構、優異的物理化學特性以及超強的力學性能，成為世界各國科學家的研究熱點。納米碳管(CNT)具有發射電子的特性，頂端直徑為納米量級(1～10nm)，可以比其它材料在較低的激發電場下發射電子，與其它的熱電子、熱離子電子發射情況不同的是，無需對CNT中的電子施加額外的能量(如光能、熱能或者電能等)，從而形成了冷場致發射。用CNT制作場致發射冷陰極具有普通金屬陰極場致發射所無法比擬的一些優點：形成的電場可以較容易地發射電子，低陰極功耗，無預熱延遲，高密度集成化，發射電流密度大，電子初速分布窄，可在低電壓下工作等，因此，CNT是Spindt金屬微針尖的最佳替代者，被認為是理想的場致電子發射材料之一。目前有關CNT場發射性能方面的研究已成為該領域中的熱門課題，CNT在場發射電子源、場發射平面顯示器以及場發射器件等方面有著廣闊的應用前景，尤其在場發射顯示器(FED)中，由于它不僅可以提高場發射平面顯示器的性能，如具有較低的開啟電壓和較大的場發射電流密度，而且能耗低、制造成本低，因此更被受到重視。

為進一步提高納米碳管的場發射性能，研究人員進行了大量的實驗，研究表明納米碳管的場發射性能與它的取向有關，垂直于基板的納米碳管具有較其他取向更大的場發射能力。目前制備垂直取向納米碳管的定向生長方法是采用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法獲得。用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)方法制備垂直取向納米碳管的缺點有二：1)PECVD法制備垂直取向納米碳管必須在石英管中進行，由于石英管的直徑難以大的原因，獲得納米碳管垂直取向的基板面積甚小，一般不大于10×10cm；2)PECVD法定向生長納米碳管的溫度高于600℃，基板必須耐高溫(大于600℃)，現大多使用硅片，價格昂貴。這嚴重影響了納米碳管在場發射方面的應用，制約了納米碳管的應用領域。

發明內容

為了克服現有制備技術的不足，本發明提供一種制備納米碳管大面積垂直取向的高壓電場處理裝置，它采用高壓電場處理方法，在不高于400℃溫度下使納米碳管由原來的無序排列成為大部分乃至全部垂直取向。

本發明提供用于制備納米碳管垂直取向的高壓電場處理裝置，主要由直流可調高壓電源、電壓表、陽極金屬板、陰極金屬板、紅外線燈和基座組成，其特征是所述直流可調高壓電源的輸出端正、負極分別經導線連接陽極金屬板與陰極金屬板，兩塊極板水平平行放置，固定在基座架上，間距在2～5cm之間可調，金屬極板的面積大于或等于印刷有納米碳管層的基板面積。

本發明直流可調高壓電源的負極輸出端連接短路棒，供印刷有納米碳管層的基板高壓電場處理完成后短接金屬板陽極，以使殘留高壓放電，確保操作人取出基板時的安全。

本發明提供高壓電場處理裝置，用于納米碳管垂直取向制備的高壓電場處理步驟為：將印刷有納米碳管層的基板放置在高壓電場處理裝置中的陰極金屬板上，開啟直流可調高壓電源，調節電壓至5～15KV，使電場強度達到2～5KV/cm，同時用紅外線燈加熱烘烤至100～150℃，保持15～30分鐘，在強電場力作用下，基板上納米碳管層取向隨機排列的納米碳管大部分乃至全部變成垂直取向排列并且定形，然后，關閉直流可調高壓電源，用短路棒短接金屬板陽極，使殘留高壓放電，取出基板。

本發明所述印刷有納米碳管層的基板制備步驟為：將純化后的納米碳管投入硝酸溶液中，置水浴加熱70～80℃，時間60～90分鐘切斷長徑比大的納米碳管，用去離子水沖洗、干燥之；將醋酸丁脂90～98重量％和硝化纖維素2～10重量％混合溶解成有機粘接劑，然后將有機粘接劑和切斷的納米碳管按重量比90～98％和2～10％混合調制成漿料，用絲網印刷方法，將漿料印刷在基板上。

本發明所述加熱焙燒基板，是將高壓電場處理后的基板放置在焙燒爐于大氣氣氛中加熱至350～400℃，保溫時間20～40分鐘。

本發明的有益效果是：采用本發明高壓電場處理裝置，可以在大面積基板上獲得納米碳管垂直取向，納米碳管垂直取向的面積可大于10×10cm，處理裝置簡單，操作方法方便。

本發明制備溫度低于400℃，由于制備溫度低，基板可用玻璃等不耐高溫材料，操作方法簡單方便，制造成本低，制備過程易控制。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖。