[發(fā)明專利]一種石墨納米片場(chǎng)發(fā)射材料及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910059214.5
• 申請(qǐng)日: 2009-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN101546682A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾葆青;董建會(huì);劉興翀;吳喆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01J1/304
• 分類號(hào): H01J1/304;H01J29/04;H01J1/30;C01B31/04;H01J9/02
• 代理公司: 電子科技大學(xué)專利中心
• 代理人: 葛啟函

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電子材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及場(chǎng)發(fā)射材料，適用于場(chǎng)發(fā)射平面顯示器(FED)中的場(chǎng)發(fā)射陰極，以及用于制作真空微電子器件的冷陰極。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的顯示器件-陰極射線管(CRT)顯示器依靠熱電子發(fā)射，存在體積大、功耗大和電磁輻射的缺點(diǎn)。而近些年新出現(xiàn)的顯示器件如液晶顯示器(LCD)雖然做到了輕薄不輻射，但是它的色彩飽和度和鮮艷程度還不如CRT，另外響應(yīng)時(shí)間不夠短，還需背景光。

隨著真空微電子學(xué)的出現(xiàn)和發(fā)展，誕生了場(chǎng)發(fā)射平面顯示器(FED)。FED的基本原理與CRT相同，即從陰極發(fā)射出電子并使其碰撞涂覆于陽極上的熒光體而發(fā)光。所不同的是，F(xiàn)ED是為數(shù)眾多的微細(xì)電子槍依陣列狀排列，每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)于一把電子槍。電子槍發(fā)出的電子徑直碰撞所面對(duì)的熒光體而發(fā)光顯示圖像。它與陰極射線管一樣具有高亮度、高對(duì)比度，且由于圖像不是通過掃描來顯示，因此不需要偏轉(zhuǎn)線圈，可以做得很薄，在尺寸和功耗上可與LCD相媲美。FED的核心部件是場(chǎng)發(fā)射陰極陣列(FEA)，而FEA的材料又至關(guān)重要。目前人們所使用的材料有金屬鉬、碳納米管、金剛石、類金剛石、硅等。但是上述材料存在成本高、制備工藝復(fù)雜的缺點(diǎn)，且其開啟場(chǎng)和閾值場(chǎng)較高，所以人們還在不斷尋找更好的場(chǎng)發(fā)射陰極材料。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種新型的場(chǎng)發(fā)射材料——石墨納米片，具有較低的開啟場(chǎng)和閾值場(chǎng)，化學(xué)穩(wěn)定性好，發(fā)射電流密度大；同時(shí)，其制備方法簡(jiǎn)便、能耗低，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化量產(chǎn)。

本發(fā)明提供的石墨納米片場(chǎng)發(fā)射材料，其特征在于它是由納米級(jí)的片狀石墨組成，石墨納米片的厚度在50nm以下，長(zhǎng)度為2～10μm；石墨納米片的開啟場(chǎng)，即對(duì)應(yīng)于發(fā)射電流密度為10μA/cm²時(shí)的電場(chǎng)小于等于1.7V/μm；石墨納米片的閾值場(chǎng)，即對(duì)應(yīng)于發(fā)射電流密度為1mA/cm²時(shí)的電場(chǎng)小于等于3.4V/μm。1mA/cm²是場(chǎng)發(fā)射顯示器的亮度達(dá)到300cd/m²時(shí)所需要的最小電流密度。

本發(fā)明提供的石墨納米片場(chǎng)發(fā)射材料的制備過程如下：

步驟1：將工業(yè)可膨脹石墨放入耐高溫容器中，加熱使其充分膨脹，得到膨脹石墨。

步驟2：將膨脹石墨浸泡于有機(jī)溶劑中，超聲振蕩，使膨脹石墨在有機(jī)溶劑中充分分散成納米片狀。

步驟3：將步驟2所得的納米片狀膨脹石墨從有機(jī)溶劑中分離出來。

步驟4：對(duì)步驟3所得的納米片狀膨脹石墨進(jìn)行真空退火處理后即得石墨納米片場(chǎng)發(fā)射材料。具體真空退火條件為：真空度低于50帕，退火溫度為350度至450度，退火保溫時(shí)間1至2小時(shí)。

需要說明的是，在上述石墨納米片場(chǎng)發(fā)射材料的制備過程中：(1)、步驟1中所述耐高溫容器可采用氧化鋁坩堝或鉑金坩堝；加熱方式不限，建議采用高效節(jié)能的微波加熱方式。(2)、步驟2中所述有機(jī)溶劑宜采用揮發(fā)性有機(jī)溶劑，如無水乙醇或丙酮；所述超聲振蕩可采用超聲清洗機(jī)實(shí)現(xiàn)。(3)、步驟3將步驟2所得的納米片狀膨脹石墨從有機(jī)溶劑中分離出來時(shí)，可先靜置一段時(shí)間，待納米片狀石墨沉積于有機(jī)溶劑下方后，人工傾倒出上方的有機(jī)溶劑即可，無需嚴(yán)格分離，多余的有機(jī)溶劑可在退火步驟中自然去掉。

本發(fā)明實(shí)際測(cè)試石墨納米片場(chǎng)發(fā)射材料的場(chǎng)發(fā)射性能時(shí)，將步驟3所得的納米片狀石墨涂敷于金屬基片上，然后經(jīng)步驟4的真空退火處理，得到場(chǎng)發(fā)射陰極；然后利用簡(jiǎn)單的二極管結(jié)構(gòu)在高真空?qǐng)霭l(fā)射臺(tái)中測(cè)試其場(chǎng)發(fā)射性能。測(cè)試時(shí)背景真空為9×10^-5帕；利用一個(gè)圓柱形不銹鋼陽極，直徑0.39cm，面積0.119cm²；涂覆在金屬片上的石墨納米片作為陰極，陰極和陽極之間的距離為400μm；測(cè)試所得的數(shù)據(jù)作電流密度-電場(chǎng)強(qiáng)度曲線見圖4所示。圖4中，空心圓圈曲線表示未經(jīng)退火處理的石墨納米片場(chǎng)發(fā)射的電流密度-電場(chǎng)強(qiáng)度曲線；實(shí)心圓圈曲線表示經(jīng)過退火處理的石墨納米片場(chǎng)發(fā)射的電流密度-電場(chǎng)強(qiáng)度曲線。從圖4中可以看出：經(jīng)真空退火后，石墨納米片場(chǎng)發(fā)射材料的開啟場(chǎng)，即對(duì)應(yīng)于發(fā)射電流密度為10μA/cm²時(shí)的電場(chǎng)為1.7V/μm；經(jīng)真空退火后，其閾值場(chǎng)，即對(duì)應(yīng)于發(fā)射電流密度為1mA/cm²時(shí)的電場(chǎng)為3.4V/μm。

本發(fā)明的有益效果是：