[發明專利]碳納米管場發射體

有效

• 申請號: 201210261271.3
• 申請日: 2012-07-26
• 公開（公告）號: CN103578885A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發明（設計）人: 柳鵬;姜開利;范守善
• 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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種碳納米管場發射體。

背景技術

近幾年來，隨著碳納米管及納米材料研究的不斷深入，其廣闊的應用前景不斷顯現出來。例如，由于碳納米管所具有的獨特的電磁學、光學、力學、化學等性能，大量有關其在場發射電子源、傳感器、新型光學材料、軟鐵磁材料等領域的應用研究不斷被報道。以場發射技術為例，碳納米管早已以其優良的導電性能，完美的晶格結構，納米尺度的尖端等特性成為優良的場發射體材料，請參見Walt?A.?de?Heer?等人Science?270，1179-1180?(1995),?A?Carbon?Nanotube?Field-Emission?Electron?Source一文。

現有技術中，通常使用的碳納米管場發射體的制備方法包括直接生長法及后續加工處理法兩種。

直接生長法通常是指：首先提供一陰極基底，在該陰極基底表面形成一催化劑層；然后采用化學氣相沉積法在該陰極基底的催化劑位置生長出碳納米管以直接形成一碳納米管場發射體（請參見“Low-temperature?CVD?growth?of?carbon?nanotubes?for?field?emission?application”，Kuang-chung?Chen，Diamond?&?Related?Materials，Vol.16，P566（2007））。但是，由于化學氣相沉積法生長的碳納米管陣列頂部表面碳納米管纏繞，因此，碳納米管在該表面的形態雜亂無章，這種情況導致該種碳納米管場發射體的場發射均勻性較差，且由于碳納米管陣列中的碳納米管的排列密度較高，相鄰的碳納米管之間存在著較強的屏蔽效應，影響了這種場發射體的場發射電流及其實際應用性能。

后續加工處理法通常是指：首先將已制備好的作為發射體的碳納米管混合在漿料中；然后將上述漿料印刷在陰極基底上以在該陰極基底上形成一場發射層，進而獲得一碳納米管場發射體。但是，用印刷法形成的場發射層中碳納米管的密度較小，進而導致有效發射體的密度較小，場發射電流較小；并且，由于采用印刷法制備的碳納米管場發射體中的碳納米管取向雜亂無序，使得其場發射均勻性較差。

有鑒于此，確有必要提供一種可以減小碳納米管之間的屏蔽效應而得到具有較大發射電流密度，以及具有較高強度和導電性能的碳納米管場發射體及其制備方法。

發明內容

本發明提供一種碳納米管場發射體，其包括一發射端部和一支撐端部，所述發射端部和支撐端部沿一第一方向連續分布且一體成型，所述發射端部具有一第一端面，所述支撐端部具有一與所述第一端面相平行的第二端面，所述發射端部由多個碳納米管組成一第一卷紙結構，所述支撐端部由金屬材料和多個碳納米管復合形成一第二卷紙結構。

進一步地，所述第一卷紙結構通過卷曲一碳納米管層的第二區域而成，其中，該碳納米管層由所述多個碳納米管組成；所述第二卷紙結構通過卷曲涂覆了一金屬層的該碳納米管層的第一區域而成，其中，該金屬層由所述金屬材料組成。

進一步地，所述碳納米管層包括一個或多個層疊設置的碳納米管拉膜。

進一步地，所述發射端部包括多個彼此分離的場發射尖端。

本發明提供另一種碳納米管場發射體，其包括一發射端部和一支撐端部，所述發射端部和支撐端部沿一第一方向連續分布且一體成型，所述發射端部和支撐端部均由多個碳納米管組成。

進一步地，所述碳納米管場發射體為由多個碳納米管組成的一第三卷紙結構。

進一步地，所述第三卷紙結構中的多個碳納米管首尾相連且沿所述第一方向定向排列。

進一步地，所述發射端部包括多個彼此分離的場發射尖端。

與現有技術相比，本發明至少具有以下優點：第一，該碳納米管場發射體的支撐端部涂覆有金屬層，因此可以提高該碳納米管場發射體的導電和導熱性能，從而提高該碳納米管場發射體的電流負載能力；第二，支撐端部的金屬層同時可以提高整個碳納米管場發射體的機械性能；第三，利用激光切割該碳納米管場發射體的發射端部，形成多個彼此分離的場發射尖端，從而可減輕該碳納米管場發射體的發射端部的電磁屏蔽效應，提高其場發射性能；第四，利用本發明方法制備的碳納米管場發射體的發射端部和支撐端部為一體成型，因此既能減少制備工序，又能獲得具有良好機械性能和結構穩定性的場發射體。

附圖說明

圖1為本發明實施例1提供的碳納米管場發射體的制備方法的工藝流程示意圖。

圖2為本發明實施例1中使用的碳納米管層的結構示意圖。

圖3為本發明實施例1中使用的碳納米管層中的碳納米管拉膜的掃描電鏡照片。