[實用新型]一種定向碳納米管陣列模板上的氧化鋅納米線發射體

有效

• 申請號: 201120284085.2
• 申請日: 2011-08-07
• 公開（公告）號: CN202473819U
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 張研;李馳
• 申請（專利權）人: 張研;李馳
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 陳建和

技術領域

本實用新型涉及一種場發射元件。

背景技術

將納米氧化鋅材料用于場發射領域也就是本世紀初開始，得益于研究人員不斷的嘗試新型材料合成和應用。在氧化鋅應用于場發射之前，諸如氮化鎵，氮化鋁等很多寬禁帶半導體材料均被嘗試用于場發射，但由于各種問題而沒有被廣泛采用。直到數年前，一些研究人員將目光轉向各種結構的氧化鋅材料，大量的研究投入到各種氧化鋅結構的制備方法和場發射性質上來，使得氧化鋅成為繼碳納米管后又一個場發射材料研究的熱點。

C.?J.?Lee等人于2002年報道了在低溫的情況下（550℃）在硅襯底上通過氣相沉積的方式制備取向性很高的氧化鋅納米線（nanowire）陣列[Appl.?Phys.?Lett.，2002.?81，3648-3650]，并對制備得到的氧化鋅陣列做場發射測試得到6V/μm的開啟場強（電流密度設為0.1μA/cm2），而閾值場強則需要11V/μm（電流密度為1mA/cm2）。

為了從幾何結構上增加氧化鋅發射體的場增強因子，Y.?W.?Zhu等人將氧化鋅納米線或棒的結構改進為針狀結構（nanoneedle）[Appl.?Phys.?Lett.，2003.?83，144-146]，即細長的大頭針形狀，頂端較細，這樣的結構大幅度的增加了發射體頂端的場增強因子，將開啟場強一度降到了2.4V/μm。

Q.?Wang等人首次報道了四針狀氧化鋅納米結構（tetrapod-like?nanostructure）?[Appl.?Phys.?Lett.,?2006.?88,153123-153125.]，這種結構的發射體頂端類似于以上提及的納米針結構，但是由四針組成的整體結構則非常迎合大面積印刷的要求，因為經過印刷漿料的制備和印刷處理后，四針狀氧化鋅結構總能使底下三腳架結構支撐于襯底上，有一只腳豎直向上，構成很大的頂端場增強因素。此后，四針狀氧化鋅結構在絲網印刷型冷陰極被大量采用。

與其它納米結構材料相比，以碳納米管作為基底的異質結由于其獨特的幾何結構以及優異的電學、熱學和力學性能被廣泛關注；另一方面，氧化鋅納米結構由于其結構形態類似于碳納米管而展現出優異的光電子性能，氧化鋅納米結構由于其優良的性能目前也已成為研究熱點。然而上述兩種材料都有自身的缺點，碳納米管由于是碳基材料，容易和氧氣發生反應而被破壞，因此用其作場發射體對真空度要求很高；氧化鋅本身是氧化物，它可以克服上述碳納米管的缺點，然而由于氧化鋅是半導體，導電性相比碳納米管要差，因此大部分氧化鋅發射體的場發射強度要比碳納米管差。鑒于碳納米管和氧化鋅納米結構的在場發射特性方面有很強的互補性，一些科研人員展開了這兩種材料復合式陰極材料的研究，取得了令人矚目的成果。Ren等人[Appl.?Phys.?Lett.,?2004.?85，1407-1409]報道了生長在碳纖維上氧化鋅納米線，其開啟場強僅為0.7V/μm。將碳納米管良好的電子傳導特性和氧化鋅晶體結構的均一取向性結合，大大改善了復合式陰極的性質。

以上這些成果初步證明了氧化鋅/碳納米管復合納米結構的場發射性能是優于單純的碳納米管或者氧化鋅發射體。由于氧化鋅/碳納米管復合納米材料具有新穎結構，獨特的穩定化學性能，其復合納米結構的場發射性能也越來越引起人們的重視。其復合式結構可以分為三種類型：一、將不同氧化鋅結構直接生長于碳納米管壁；二、將碳納米管直接生長于氧化鋅結構；三、通過絲網印刷的工藝制備混合式結構。

但是，前期的研究主要是在隨機取向的碳納米管（或碳納米纖維）薄膜上生長氧化鋅納米結構，而碳基薄膜取向的隨機性將會導致場發射體形貌、尺寸的均勻性差，從而導致發射電流小、穩定性差、壽命短等缺點。

發明內容

本實用新型的目的是克服現有技術中的不足，提出一種在定向碳納米管陣列模板上生長的氧化鋅納米線發射體。鑒于氧化鋅納米線是半導體，具有一定的電阻，可以起到限流電阻的作用，本實用新型提出的一種氧化鋅納米線和碳納米管陣列的復合結構，可以使該復合結構陣列的電流發射更加均勻，進而提高發射電流密度和穩定性。本實用新型適用于對電流發射穩定性要求較高的場發射器件，例如，X射線源、微波放大器、場發射掃描電子顯微鏡等中的電子源。

本實用新型的技術方案是：定向碳納米管陣列模板上的氧化鋅納米線發射體，包括導電基底、在導電基底上的定向碳納米管陣列模板，在定向碳納米管陣列模板的表面生長氧化鋅納米線發射體；氧化鋅納米線發射體的長度為100nm-2μm。