專利名稱：一種碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射元件的制備方法，特別涉及一種場發(fā)射陰極的制備方法。
背景技術：
碳納米管是一種新型碳材料，由日本研究人員Iijima于1991年發(fā)現(xiàn)，請參見″Helical microtubules of graphitic carbon″，S Iijima，Nature，vol.354，p56(1991)。碳納米管具有極優(yōu)異的導電性能，且其具有幾乎接近理論極限的尖端表面積(尖端表面積愈小，其局部電場愈集中)，所以碳納米管是已知的最好的場發(fā)射材料，它具有極低的場發(fā)射電壓，可傳輸極大的電流密度，并且電流極穩(wěn)定，因而非常適合做場發(fā)射顯示器的發(fā)射元件。
用作發(fā)射元件的碳納米管，多為采用電弧放電法制備的碳納米管或采用化學氣相沉積法(CVD法)生長的碳納米管。將碳納米管應用于場發(fā)射顯示器，已經(jīng)見諸文獻的方式有第一，直接在基板上生長碳納米管的圖形；第二，將含有碳納米管的導電漿料或者有機粘結劑印刷成圖形，通過后續(xù)處理使得碳納米管能夠從漿料的埋藏中露出頭來成為發(fā)射體。
第一種方法通常采用化學氣相沉積法生長出碳納米管陣列作為發(fā)射體，其缺點是碳納米管末端通常發(fā)生彎曲、相互交織，為形成性能良好的發(fā)射尖端，需要對碳納米管陣列進行后續(xù)處理，將碳納米管陣列的毛糙表面去除，形成整齊豎直的發(fā)射尖端，且采用這種化學氣相沉積的方法在做成大面積均勻的陰極發(fā)射體方面仍存在一定困難。
第二種方法中也引入了后續(xù)處理方法，因為漿料印刷的技術在制備碳納米管場發(fā)射陰極時，通常采用的方式是把碳納米管混合到漿料中，或者混合到光刻膠中，這種混合使碳納米管埋藏在導電漿料層內部，因此需要剝離一層導電漿料層，使碳納米管從導電漿料的埋藏中露出頭來而成為發(fā)射體，但是剝離該導電漿料層對碳納米管的損壞很大。
美國專利第6,616,495號揭露一種用作場發(fā)射陰極的碳納米管膜的形成方法，該方法包括下列步驟提供一碳納米管懸浮液；提供一設置有預定電極圖形的基板；將碳納米管懸浮液分散到基板的電極圖形上；蒸發(fā)溶劑，使碳納米管形成于基板的電極圖形上。該方法制備的碳納米管膜可直接用作場發(fā)射陰極，一般不需要對碳納米管進行后續(xù)處理。
然而，上述方法制備的碳納米管膜中，碳納米管基本是趴在基板上，豎直起來的碳納米管較少。而碳納米管作為場發(fā)射體，是從碳納米管的一端沿軸向發(fā)射出電子，因此，碳納米管趴在基板上不利于碳納米管場發(fā)射性能的發(fā)揮。
因此，提供一種不損壞碳納米管、使碳納米管場發(fā)射體的端頭從基板上翹起來、從而確保碳納米管場發(fā)射性能發(fā)揮良好的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法非常必要。

發(fā)明內容本發(fā)明要解決的技術問題是，現(xiàn)有技術中碳納米管場發(fā)射元件制備方法容易損壞碳納米管、碳納米管發(fā)射端趴在基板上影響其場發(fā)射性能的正常發(fā)揮，提供一種工藝簡單、避免對發(fā)射體的破壞，并使碳納米管發(fā)射端露出來的碳納米管場發(fā)射陰極制備方法。
本發(fā)明所采取的解決技術問題的技術方案是，提供一種碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，該方法包括下列步驟提供適量碳納米管并配成懸浮液；提供一基板，該基板表面形成有電極；在該基板上印刷一層導電漿料；將碳納米管懸浮液分布到該導電漿料層上，形成一碳納米管層；刻劃，在導電漿料層上劃出多個格子，使部分碳納米管至少一端翹起來；燒結，得到均勻的場發(fā)射體表面。
本發(fā)明所提供的技術方案進一步包括電極可以以一整體均勻覆蓋在基板表面，也可以形成預定的圖形分布在基板表面；當電極形成一預定圖形分布在基板表面時，在刻劃之后，進一步包括步驟清除沒有在電極圖形上的部分導電漿料層及碳納米管層，使得電極之間的漿料層之間互相絕緣。
本發(fā)明所提供的技術方案進一步還包括在導電漿料層上形成一碳納米管層的方法包括噴灑或滴灑。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明所提供的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法有以下優(yōu)點采用噴灑或滴灑的方式將碳納米管形成到導電漿料層上，碳納米管形成于導電漿體表面，不需要對碳納米管進行漿體剝離等嚴重損壞碳納米管的后續(xù)處理工藝，避免了對發(fā)射體的損壞和污染，并適合制備大面積均勻的陰極發(fā)射體，同時通過刻劃的方法使得作為發(fā)射體的碳納米管的發(fā)射端能夠從陰極表面翹起來，確保發(fā)射體場發(fā)射性能的良好發(fā)揮。

圖1是本發(fā)明碳納米管場發(fā)射陰極制備方法流程圖。
圖2是本發(fā)明第一實施例提供的具有一電極的基板示意圖。
圖3是第一實施例基板上印刷導電漿料的示意圖。
圖4是第一實施例導電漿料上噴灑碳納米管后的示意圖。
圖5是第一實施例導電漿料層上刻劃多個格子后的示意圖。
圖6是第二實施例提供一有電極圖形的基板的示意圖。
圖7是第二實施例基板上印刷了一層導電漿料后的示意圖。
圖8是第二實施例導電漿料層表面形成一碳納米管層后的示意圖。
圖9是第二實施例電極圖形上導電漿料層被刻劃出多個格子后的示意圖。
圖10是第二實施例電極圖形上以外的導電漿料層被清除后的示意圖。
圖11是噴灑碳納米管之后的陰極表面SEM照片。
圖12是刻劃之后的陰極表面的SEM照片。
圖13是應用本發(fā)明所提供的陰極制作的二極型靜態(tài)顯示效果圖。
具體實施方式
下面結合圖示來說明本發(fā)明所提供的碳納米管場發(fā)射陰極制備方法如圖1所示，本發(fā)明第一實施例所提供的用作普通電子源的碳納米管場發(fā)射陰極制備方法包括下列步驟步驟1，提供適量碳納米管并將其配制成懸浮液；可采用電弧放電法或化學氣相沉積法制備單壁或多壁碳納米管，優(yōu)選采用化學氣相沉積法生長碳納米管陣列，通過控制生長時間控制碳納米管的高度，從而得到高度比較均勻的碳納米管。將碳納米管在1，2-二氯乙烷或其他任何適用于分散碳納米管的有機溶劑中超聲震蕩，得到均勻的碳納米管懸浮液，本實施例采用1，2-二氯乙烷。
步驟2，提供一具有電極的基板；該基板通常為一玻璃基板，也可以采用其他絕緣材料的基板，該基板表面具有一電極，該電極為一層均勻地覆蓋在該基板表面的導電材料(請參閱圖2，其中101為基板上的電極)。
步驟3，在該基板上印刷一層導電漿料(請參閱圖3，其中101為電極，102為導電漿料層)；該導電漿料成分包括金屬粉、低熔點玻璃粉以及有機成分的粘結劑，該導電漿料層具有導電和粘結碳納米管的作用。
步驟4，將碳納米管懸浮液分布到該導電漿料層上，形成一碳納米管層；即將步驟1所提供的碳納米管懸浮液通過滴灑或噴灑等方式分布到導電漿料層上，蒸發(fā)掉碳納米管懸浮液中的有機溶劑，從而形成一碳納米管層(請參閱圖4，其中101為電極，102為導電漿料層，103為碳納米管層)?？蛇x擇的，在噴灑時，加熱基板，使得灑在導電漿料層表面的溶劑能夠迅速揮發(fā)，避免流淌，從而使得噴灑的碳納米管比較均勻。
步驟5，刻劃；用刀片在導電漿料層的表面刻劃出溝槽，將碳納米管層劃成多個格子(請參閱圖5)。由于刀片刻劃掉了一部分導電漿料，將原來黏附在這些導電漿料上的碳納米管懸空擱置，使得碳納米管的端頭翹起來成為性能良好的發(fā)射端，另外，刀片在刻劃的過程中與碳納米管有相互作用，比如范德華力，碳納米管隨著刀片的運動而被拉起來，使得碳管端頭翹起，形成性能良好的發(fā)射端。因此，溝槽越細，相鄰溝槽之間的間距越小，單位面積上的格子越多，發(fā)射體也越多。
步驟6，燒結；在氮氣或氬氣等惰性氣體的保護下或真空環(huán)境中燒結，燒結溫度在350℃～600℃，保溫時間20～60分鐘，即可得到均勻的場發(fā)射體表面。
本發(fā)明第二實施例所提供的特別用于平面顯示電子源的碳納米管場發(fā)射陰極制備方法與第一實施例所提供的用作普通電子源的碳納米管場發(fā)射陰極制備方法基本相同步驟1，提供適量碳納米管并將其配制成懸浮液；步驟2，提供一具有電極的基板，電極在基板表面形成預定圖形(請參閱圖6，其中201為電極)；步驟3，在該基板上印刷一層導電漿料(請參閱圖7，其中201為電極，202為導電漿料層)；步驟4，將碳納米管懸浮液分布到該導電漿料層上，形成一碳納米管層(請參閱圖8，其中201為電極，202為導電漿料層，203為碳納米管層)；步驟5，刻劃；僅需要在電極圖形正對的位置刻劃出多個小格子(請參閱圖9)；步驟6，清除沒有在電極圖形上的部分導電漿料層及碳納米管層(請參閱圖10)；該部分漿料層起到蓋住基板，避免在噴灑碳納米管時部分碳納米管落在基板上的作用，清除掉這部分漿料以使得電極之間的漿料層之間互相絕緣。
步驟7，燒結。
本實施例與第一實施例的不同之處在于步驟2所提供的基板表面的電極不是以一個整體均勻地覆蓋在該基板表面，而是形成預定圖形；步驟5僅需要在電極圖形正對的位置刻劃出多個小格子；以及多包括一步驟6，清除沒有在電極圖形上的部分導電漿料層和碳納米管層。
以下結合圖11至圖13，說明本發(fā)明第二實施例的具體操作和效果將碳納米管在1，2-二氯乙烷中超聲震蕩5分鐘左右，得到均勻的碳納米管懸浮液；提供一基板，基板表面形成有電極圖形；將導電漿料印刷到基板上，形成一導電漿料層；采用一噴灑裝置將碳納米管懸浮液噴灑到導電漿料層上；提供一加熱板，使該加熱板貼合該基板，從而加熱該基板，使得碳納米管懸浮液中的有機溶劑噴到基板上的導電漿料層上之后迅速揮發(fā)。
如圖11所示，有機溶劑揮發(fā)后導電漿料層表面的SEM照片，從照片上顯示，碳納米管基本上粘在導電漿料層的表面，其兩端基本上沒有從導電漿料層上翹起來。
用刀片將導電漿料層刻劃成多個格子，適當?shù)?，只需要刻劃電極圖形上的導電漿料層即可。
如圖12所示，導電漿料層表面經(jīng)過刻劃之后的SEM照片，圖中比例尺為2微米，可看到由于刀片刻劃掉了一部分導電漿料，將原來黏附在這些導電漿料上的碳納米管懸空擱置，使得部分碳納米管的端頭翹起來；另外，刀片在刻劃的過程中與碳納米管有相互作用，比如范德華力，碳納米管隨著刀片的運動而被拉起來，使得部分碳納米管的端頭翹起。該翹起來的碳納米管端頭成為良好的碳納米管場發(fā)射電子發(fā)射端。
刻劃之后進一步包括清除沒有在電極圖形上的部分導電漿料層和碳納米管層。
最后燒結，進一步清潔碳納米管場發(fā)射陰極表面，并使得基板、導電漿料層以及作為場發(fā)射體的碳納米管結合更牢固。
如圖13所示，為應用本發(fā)明第二實施例提供的陰極所制備的二極型碳納米管場發(fā)射顯示器的靜態(tài)顯示效果圖。
本發(fā)明由于采用了噴灑或滴灑的方法，使得碳納米管形成于導電漿料層表面，不需要剝離導電漿料層，從而避免了碳納米管的損壞和污染，并適合制備大面積均勻的陰極發(fā)射體，同時采用刀刻劃的方法，使得碳納米管的端頭從導電漿料層上豎起來或翹起來，形成更多的發(fā)射體，確保碳納米管場發(fā)射性能的良好發(fā)揮。
權利要求
1.一種碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，包括下列步驟提供適量碳納米管并配成懸浮液；提供一基板，該基板上形成有電極；在該基板上印刷一層導電漿料；將碳納米管懸浮液分布到該導電漿料層上，形成一碳納米管層；刻劃，在導電漿料層上刻劃出多個格子，使碳納米管至少一端翹起來；燒結，得到均勻的場發(fā)射體表面。
2.如權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于該基板上的電極為一整體均勻覆蓋在基板表面。
3.如權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于該基板上的電極形成一預定圖形分布在基板表面。
4.如權利要求3所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于在刻劃之后進一步包括步驟清除沒有在電極圖形上的部分導電漿料層及碳納米管層。
5.如權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于印刷用導電漿料成分包括金屬粉、低熔點玻璃粉以及有機成分的粘結劑。
6.如權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于碳納米管懸浮液包括可讓碳納米管分散的有機溶劑和懸浮于該有機溶劑中的碳納米管，其中該有機溶劑包括1，2-二氯乙烷。
7.如權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于將碳納米管懸浮液分布到導電漿料層上的方法包括滴灑。
8.如權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于將碳納米管懸浮液分布到導電漿料層上的方法包括噴灑。
9.如權利要求8所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于將碳納米管懸浮液通過噴灑分布到導電漿料層上的同時加熱基板。
10.如權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于采用刀刻的方法將導電漿料層刻劃成多個格子。
11.如權利要求1所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于燒結是在氮氣或氬氣等惰性氣體的保護下或真空環(huán)境中進行。
12.如權利要求11所述的碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法，其特征在于燒結溫度在350℃～600℃，保溫時間20min～60min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種場發(fā)射元件的制備方法，特別涉及一種碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法。該碳納米管場發(fā)射陰極的制備方法包括下列步驟提供適量碳納米管并配成懸浮液；提供一基板，該基板上形成有電極；在該基板上印刷一層導電漿料；將碳納米管懸浮液分布到該導電漿料層上，形成一碳納米管層；刻劃，在導電漿料層上劃出多個格子，使部分碳納米管至少一端翹起來；燒結，得到均勻的場發(fā)射體表面。該方法制備的碳納米管場發(fā)射陰極可用于背光板或場發(fā)射平面顯示器。
文檔編號H01J1/304GK1691246SQ20041002704
公開日2005年11月2日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權日2004年4月22日
發(fā)明者柳鵬, 魏洋, 盛雷梅, 劉亮, 范守善, 胡昭復 申請人:清華大學, 鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司