[發明專利]一種具有雙層納米碳涂層的場發射陰極及制備方法

有效

• 申請號: 201510059967.1
• 申請日: 2015-02-05
• 公開（公告）號: CN104701115B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 翟春雪;張志勇;趙武;趙麗麗;王雪文;閆軍鋒;贠江妮
• 申請（專利權）人: 西北大學
• 主分類號: H01J1/304
• 分類號: H01J1/304;H01J9/02;C25D15/00
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所61216
• 代理人: 李婷

技術領域

本發明涉及電子顯示技術領域的場發射顯示器陰極，具體來說，涉及一種具有雙層納米碳涂層的場發射陰極及制備方法。

背景技術

納米碳管具有低的閾值電壓、大的場增強因子，以及大的場發射電流，是一種理想的場發射陰極材料。但是納米碳管與基底材料之間的熱接觸較差從而導致其發射電流的穩定性較差，限制了其在場發射領域的應用。納米金剛石具有很高的熱導率，而且納米金剛石具備較低的功函數和負電子親和勢，也是一種優秀的場發射陰極材料。在基底和納米碳管之間加入納米金剛石，可以改善基底與納米碳管之間的熱接觸，提高其場發射穩定性。

目前絕大多數以納米碳管或金剛石為發射體的場發射陰極都采用在基底上直接沉積生長納米碳管薄膜或金剛石薄膜的路線來制備。雖然場發射陰極特性優良，但薄膜的生長過程較為復雜，且生長面積受到限制，不利于實現場發射陰極向低成本、大面積的實用化方向發展。

發明內容

針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于，提供一種具有基底——化學鍵合層——納米金剛石涂層——納米碳管涂層的四層結構的場發射陰極，即具有雙層納米碳涂層(即納米金剛石涂層及納米碳管涂層)結構的場發射陰極。

本發明的另一目的在于提供一種具有雙層納米碳涂層的場發射陰極的制備方法，簡單高效地制備出能夠兼顧場發射特性以及場發射穩定性的場發射陰極。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案予以實現：

一種具有雙層納米碳涂層的場發射陰極，所述的場發射陰極包括基底，基底上沉積有納米金剛石涂層，基底和納米金剛石涂層之間形成了一層化學鍵合層，納米金剛石涂層上沉積有納米碳管涂層。

如上所述的具有雙層納米碳涂層的場發射陰極，所述的基底為金屬鈦基底，所述的化學鍵合層為TiC化學鍵合層。

一種如上所述的具有雙層納米碳涂層的場發射陰極的制備方法，該方法首先將納米金剛石通過電泳沉積的方法涂覆在基底上，形成納米金剛石涂層；

然后將納米碳管通過電泳沉積的方法涂覆在納米金剛石涂層上，形成納米碳管涂層；

最后使基底與納米金剛石涂層發生化學鍵合反應，得到化學鍵合層。

如上所述的制備方法，所述的基底為金屬鈦基底，所述的化學鍵合層為TiC化學鍵合層。

該方法具體包括以下步驟：

步驟一，選擇金屬鈦片作為基底，金屬鈦片的一面進行研磨、拋光后置于丙酮中超聲清洗，然后用去離子水沖洗后經乙醇脫水；

步驟二，配置納米金剛石電泳液：選用質量比為納米金剛石：碘＝1：2的混合物為溶質；選用體積比為去離子水：丙酮：異丙醇＝1：1：20的混合液為溶劑，使納米金剛石含量為0.23mg/ml；

將溶質和溶劑混合后進行超聲分散，超聲功率99W、超聲時間30min、超聲溫度30℃～40℃，形成混合均勻的納米金剛石粉電泳液；

步驟三，將金屬鈦片拋光的一面作為陰極，不銹鋼片作為陽極，兩極板間距為1cm，電泳電壓60V，電泳時間2min，在金屬鈦片拋光的一面上沉積納米金剛石涂層；

步驟四，配置納米碳管電泳液：以納米碳管為溶質，異丙醇為溶劑，將兩者混合，使納米碳管的含量為0.2mg/ml；對混合物進行超聲分散，超聲功率99W、超聲時間30min、超聲溫度30℃～40℃，形成混合均勻的納米碳管電泳液；

步驟五，將金屬鈦片已涂覆了納米金剛石涂層的一面作為陰極，不銹鋼片作為陽極，兩極板間距為1cm，電泳電壓60V，電泳時間8min，在納米金剛石涂層表面繼續沉積納米碳管涂層；

步驟六，將沉積了納米金剛石涂層和納米碳管涂層的金屬鈦片置入真空熱處理系統中進行熱處理，熱處理時真空熱處理系統的真空度為3×10^-3Pa，溫度為700℃，處理時間為10min，在基底與納米碳材料之間形成化學鍵合，得到雙層納米碳涂層場發射陰極。

本發明與現有技術相比，具有如下技術效果：

本發明的電泳沉積工藝簡單，容易控制，陰極制備產率高，成本低廉，適合批量生產；可大面積制備，滿足平板顯示器的大屏幕顯示要求。