專利名稱：碳納米管冷陰極的制造方法及其應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冷陰極器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種碳納米管冷陰極的制造方法及其應用。
背景技術(shù)：
冷陰極發(fā)射電子的器件成為目前研究熱點之一，例如場發(fā)射器件是一種典型的冷陰極發(fā)射電子的器件，其無需對陰極加熱只需在其表面施加一定的電場，就能發(fā)射出電子。 場發(fā)射器件可用于平板顯示、光源、行波管等。作為光源應用時，具有節(jié)能、環(huán)保、工作范圍大、抗輻射、輕薄等優(yōu)點，可廣泛應用于各個照明領(lǐng)域，具有巨大的潛力。電子發(fā)射極和熒光屏是場發(fā)射光源中關(guān)鍵的兩個組成部分。在冷陰極的制作中， 目前以碳納米管的應用為主。碳納米管冷陰極一般通過化學氣相沉積的方法，在襯底材料上經(jīng)過催化劑的作用直接生長的碳納米管。這種方法中，碳納米管與襯底的結(jié)合力較差，在高電場作用下會受到離子轟擊而從襯底上脫落，造成發(fā)射電流明顯下降，發(fā)射不穩(wěn)定。另外，直接生長碳納米管時的溫度較高，一般都高于玻璃的熔點，考慮到制作成本，這也不利于其在玻璃襯底上大面積應用。采用先生長碳納米管，然后把制備的碳納米管再形成于要應用的襯底上。然而，通過這些方式在基板上制作的碳納米管與襯底的附著力差、導電性差以及場發(fā)射特性差等問題。為此，人們采用諸多的改進方法以提高與襯底的附著力、場發(fā)射特性等。例如，現(xiàn)有一種化學刻蝕法制造冷陰極，該方法先把金屬粉末與碳納米管混合，并壓實燒結(jié)，然后在通過化學刻蝕的方法，刻蝕表面的金屬，使得碳納米管暴露出來，該方法提高了碳納米管與襯底的附著力，改善了它的抗轟擊能力，延長了它的壽命，但是，該方法不利于大面積制作， 并且刻蝕均勻性比較難以控制。還有一種現(xiàn)有技術(shù)，將分散好的碳納米管噴灑在導電漿料上，經(jīng)過刻劃導電漿料的表面，最后燒結(jié)。該方式經(jīng)過劃刻雖然能夠使得碳納米管的一端翹起來，提高其發(fā)射特性，但劃刻的精度比較難以控制，并且還會對電極造成劃傷，不利于商業(yè)化制作。另外還有其它如刮壓處理的方式改善印刷碳納米管薄膜和導電襯底之間的歐姆接觸和熱傳導性能，還有采用提拉法與熱處理相互結(jié)合的方法。這些方法雖然在一定程度上能夠改善碳納米管與襯底的附著力和場發(fā)射特性，但都難以在保證碳納米管發(fā)射特性良好的情況下實現(xiàn)大面積有效處理。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，提供一種附著力強、導電性高、發(fā)射性能優(yōu)異且成本低的碳納米管冷陰極的制造方法。以及，提供該碳納米管冷陰極的制造方法在制造真空電子源陣列中的應用?！N碳納米管冷陰極的制造方法，其包括如下步驟將提供好的金屬粉、碳納米管與有機粘結(jié)劑混合，攪拌，形成碳納米管漿料，其中金屬熔點為150°C 600°C ；
將碳納米管漿料通過絲網(wǎng)印刷形成于一襯底上；將印刷后含碳納米管漿料的襯底在所用金屬的熔點以上溫度燒結(jié)，使金屬熔化及有機粘結(jié)劑揮發(fā)或分解，冷卻后，形成所述碳納米管冷陰極。以及，提供上述碳納米管冷陰極的制造方法在制造場發(fā)射平板顯示器、場發(fā)射光源、行波管或傳感器的應用。在所述碳納米管冷陰極的制造方法及其應用中，通過將金屬粉、碳納米管及有機粘結(jié)劑混合后用絲網(wǎng)印刷方技術(shù)形成于襯底上，可適于工業(yè)化批量生產(chǎn)，降低制造成本，利于大面積應用。再通過燒結(jié)方式，使得碳納米管強力附著于襯底上，并使得碳納米管暴露出來，提高其發(fā)射性能，還可利用金屬顆粒的優(yōu)良導電性，提高冷陰極的導電性能，具有廣闊的應用前景。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明，附圖中圖1是本發(fā)明實施例的碳納米管冷陰極的制造方法的制造方法的流程步驟示意圖；圖2是本發(fā)明實施例的碳納米管冷陰極的制造方法中的絲網(wǎng)印刷及燒結(jié)成型流程結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是應用本發(fā)明實施例的碳納米管冷陰極的制造方法制造的場發(fā)射器件結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。請參閱圖1，示出本發(fā)明實施例的碳納米管冷陰極的制造方法的流程，包括如下步驟SOl 將提供好的金屬粉、碳納米管與有機粘結(jié)劑混合，攪拌，形成碳納米管漿料， 其中金屬熔點為150°C 600°C ；S02 將碳納米管漿料通過絲網(wǎng)印刷形成于一襯底上；S03:將印刷后含碳納米管漿料的襯底在所用金屬的熔點以上溫度燒結(jié)，使金屬熔化及有機粘結(jié)劑揮發(fā)或分解，冷卻后，形成所述碳納米管冷陰極。步驟SOl中，金屬粉的材質(zhì)選自Sn、BiUruTl、Sn合金、Bi合金、h合金、Tl合金中的至少一種。其中各金屬合金可以是例如Sn-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Pb合金、Sn-Zn合金、In-Ag合金、In-Si合金、In-Pb合金、In-Cu合金、Bi-Cu合金、Bi-Ag合金、Bi-Pb合金或 Bi-Si合金中的至少一種。這些金屬或合金的熔點在150°C 600°C范圍內(nèi)。例如，Sn的熔點為231. 89°C,Bi的熔點為271. 3°C，In的熔點為156. 61°C，T1的熔點為303. 5°C,Sn合金的熔點在210°C 230°C，Bi合金的熔點范圍為220 262°C，In合金的熔點范圍為160 180°C?？梢岳斫獾氖?，上述各金屬合金的熔點范圍僅作為舉例，并不限于此。本實施例的金屬或合金采用低熔點金屬或合金，例如優(yōu)選為熔點在150°C 350°C的材質(zhì)。進一步地，當采用合金材質(zhì)時，可采用低熔點合金，即熔點低于232°C的合金。通過采用這種低熔點材質(zhì)， 一方面可降低生產(chǎn)制造成本，另一方面可避免高溫對襯底及其相關(guān)結(jié)構(gòu)(例如后面涉及的導電層結(jié)構(gòu))等的不利影響，例如當采用玻璃襯底時，溫度高時會使襯底軟化甚至熔融，破壞其原有結(jié)構(gòu)形狀。金屬粉的顆粒粒徑為5納米 300微米，具體可以為50納米 2微米。通過采用這種粉狀金屬顆粒，由于尺寸小甚至為納米級尺寸，一方面可促進其熔融，加快熔融速度， 另一方面可使得金屬粉與碳納米管和有機粘結(jié)劑混合均勻，而且在燒結(jié)熔融或熔化時，使金屬粒子能均勻地分散于碳納米管微粒中，在熔融后碳納米管更均勻地暴露出來，從而提高導電性能和電子發(fā)射性能，以及增加電子發(fā)射的均勻穩(wěn)定性。碳納米管優(yōu)選為單壁碳納米管、多壁碳納米管、多壁有序碳納米管、經(jīng)過修飾的碳納米管或陣列式碳納米管中的至少一種。碳納米管具有較高的長徑比，大的場增強因子，有利于電子的發(fā)射，具有極好的場致電子發(fā)射效應。其中，單壁碳納米管的直徑通常僅有1 2納米，長度可以達到幾十至上百微米，長徑比很大，而且其結(jié)構(gòu)完整性好，導電性很好，化學性能穩(wěn)定，具備了高性能場發(fā)射材料的基本結(jié)構(gòu)特征，但單壁碳納米管的制備和分散較難。目前應用較多是多壁碳納米管或多壁有序碳納米管。在經(jīng)過修飾的碳納米管或陣列式碳納米管中，可采用有機修飾方式，例如采用羥基、羧基或其它取代基形式修飾碳納米管， 或者對碳納米管進行高分子接枝修飾，可增強其吸電子性能及其與有機成分的結(jié)合力，有利于碳納米管的分散，例如本實施例中經(jīng)過修飾的碳納米管或陣列式碳納米管與有機粘結(jié)劑結(jié)合力較強，促進其分散均勻。該有機粘結(jié)劑選用在金屬粉熔點或燒結(jié)溫度下?lián)]發(fā)或分解的材料，即有機粘結(jié)劑的揮發(fā)或分解溫度與金屬粉熔點接近，可低于金屬粉熔點，例如可以是乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯混合配制的有機載體或乙基纖維素、松油醇、丁基卡必醇和檸檬酸三丁酯混合配制的有機載體，但不限于以上兩種方式配制的有機粘結(jié)劑。有機粘結(jié)劑主要用于將碳納米管與襯底以及金屬粉結(jié)合在一起，在制備過程中使得碳納米管與金屬粉混合均勻，然后在后面燒結(jié)時揮發(fā)或分解掉，以便碳納米管固化在金屬粉中，并且有部分碳納米管暴露在金屬粉的表面，提高電子發(fā)射性能。在此混合過程中，攪拌的同時還可用超聲波振蕩原料，由于碳納米管為納米級材料，易團聚，因此采用超聲波振蕩有利于其分散混合。超聲波振蕩混合時間可以是例如30 分鐘-12小時。具體地，該混合過程可以分兩步進行，先將碳納米管原料與有機粘結(jié)劑混合攪拌并超聲振蕩30分鐘-12小時，混合均勻，再將金屬粉加入到前面碳納米管原料與有機粘結(jié)劑的混合物中，攪拌并超聲30分鐘-2小時，形成碳納米管漿料。通過這種分步混合形式，可避免碳納米管與金屬粉先形成團聚而難以分散，先將碳納米管原料與有機粘結(jié)劑混合，可使得碳納米管先在有機粘結(jié)劑中進行預先分散，然后再與金屬粉混合時，不僅能避免上述團聚情況，而且能提高碳納米管與金屬粉間分散程度，使它們分散更均勻，離散程度更尚ο混合時，金屬粉、碳納米管與有機粘結(jié)劑三者的混合質(zhì)量比例可以是以 15) (5 20) (0.5 3)，即金屬粉與碳納米管混合質(zhì)量比例為1 10到3 1，碳納米管與有機粘結(jié)劑混合質(zhì)量比例為5 3到20 0.5。步驟S02中，襯底10可以為一具有導電結(jié)構(gòu)的基底，或者是包括基底及形成于基底上的導電層的復合基底?；撞馁|(zhì)可以為玻璃、陶瓷、硅片或金屬。其中，襯底中導電結(jié)構(gòu)或?qū)щ妼拥膶щ姴馁|(zhì)選自ΙΤ0、金屬或者復合導電材料，導電金屬可以是但不限于鉻、鋁、導電銀漿等，復合導電材料可以是復合型導電高分子材料等，導電結(jié)構(gòu)可以是復合導電結(jié)構(gòu)。 當襯底用復合基底時，導電層可以是但不限于ITO層以及鉻、鋁、導電銀漿等的金屬層。導電層的厚度優(yōu)選為20納米 200微米，導電層可以是整片的，也可以是條狀結(jié)構(gòu)的，可根據(jù)實際需求而定。當采用具有導電結(jié)構(gòu)的襯底時，直接將碳納米管漿料通過絲網(wǎng)印刷形成于該襯底上。當采用包括導電層的復合襯底，可先在基底上制備導電層。請參閱圖2，圖2(a)顯示包括導電層12的復合襯底10。導電層12可采用薄膜制備技術(shù)形成于潔凈的玻璃基底11 上，如圖2(a)所示。薄膜制備技術(shù)例如可以是但不限于溶膠-凝膠法、化學氣相沉積法、分子束外延法、脈沖激光濺射沉積法、磁控濺射法等。另外，在玻璃基底11上形成導電層12之前，先對玻璃基底11的表面進行處理， 例如，將玻璃片依次放入丙酮、乙醇、去離子水中分別超聲5-60分鐘，烘干或用惰性氣體吹干，再用磁控采濺射鍍膜機在玻璃片上沉積預定厚底的整片金屬膜作為導電層12。步驟S02中，在獲得襯底后，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)將碳納米管漿料涂覆形成于襯底上， 具體為形成在襯底導電結(jié)構(gòu)或?qū)щ妼?2上，本實施例以包括導電層12的襯底10為例。如圖2(b)所示，絲網(wǎng)印刷時，先將按照需求設(shè)定的網(wǎng)板13安裝到絲網(wǎng)印刷機上，用刮刀15 將碳納米管漿料14刮涂于導電層12上，刮刀15可以順著同一方向刮涂碳納米管漿料14。 其中，網(wǎng)板13預先設(shè)定好網(wǎng)孔大小和分布情況，例如，網(wǎng)孔大小100目 500目，網(wǎng)孔分布例如可以是陣列式分布或圓環(huán)式分布等形式，具體根據(jù)實際產(chǎn)品需求而定。安裝好網(wǎng)板13 后，將混合了金屬粉和有機粘結(jié)劑的碳納米管漿料14倒在網(wǎng)板13上，刮涂網(wǎng)板13上的碳納米管漿料14，如圖2(c)所示。在刮涂時，通過調(diào)節(jié)刮刀15的傾斜角度和力度，將碳納米管漿料14印刷于襯底10上。如圖2(d))所示，移除網(wǎng)板13后，即在襯底10上定域形成了碳納米管發(fā)射體。步驟S03為燒結(jié)步驟，例如通過燒結(jié)固化碳納米管，并去除有機粘結(jié)劑。經(jīng)過前面的步驟S02，已經(jīng)在襯底10上制備了金屬顆粒和碳納米管的混合體，即碳納米管漿料14 構(gòu)成的混合體。將該混合體在所用金屬的熔點以上溫度進行燒結(jié)，燒結(jié)的溫度高于所選用的金屬顆粒的熔點，燒結(jié)溫度范圍也可以為150 600°C，具體根據(jù)所采用的金屬種類以及有機載體而定。具體燒結(jié)溫度可相對所選用的金屬顆粒的熔點高50°C -300°C，優(yōu)選為 IOO0C -200°c。例如，當采用h金屬或其合金時，燒結(jié)溫度可以選擇在160°c _180°C較低的溫度，但考慮到徹底除去并分解掉有機載體，燒結(jié)溫度選擇在180°C -300°C，具體如用^金屬時，燒結(jié)溫度可以為160°C，當采用h-iVg合金時，燒結(jié)溫度可以是180°C，其它依次類推。 另外，還可根據(jù)需要選擇相應的燒結(jié)氣氛，燒結(jié)氣氛可以是含空氣的保護氣氛(如空氣)、 氮氣或惰性氣體，當采用氮氣或惰性氣體時，有利于碳納米管漿料14的燒結(jié)，氮氣或惰性氣體氣氛基本不會對碳納米管的性能和結(jié)構(gòu)產(chǎn)生改變，例如，當碳納米管采用修飾的碳納米管材料時，采用氮氣或惰性氣體氣氛尤其有利。具體燒結(jié)時，控制燒結(jié)溫度恒定，恒溫下在加熱爐內(nèi)燒結(jié)15分鐘 8小時，優(yōu)選為 30分鐘-2小時，此時有機載體能夠徹底分解。按照一程序升溫過程到達預定燒結(jié)溫度，例如，以15°C /min的升溫速率升溫到預定溫度，這樣，可防止升溫過快而破壞碳納米管的性能和結(jié)構(gòu)。在燒結(jié)過程中，有機粘結(jié)劑揮發(fā)或者分解掉，暴露出金屬粉和碳納米管。燒結(jié)預定時間后，冷卻降溫，可以是自然冷卻，例如隨爐冷卻至室溫。經(jīng)過充分燒結(jié)后，由于有機粘結(jié)揮發(fā)或者分解掉，金屬粉熔化，冷卻后，金屬粉和碳納米管燒結(jié)成塊，或者說金屬粉結(jié)成塊狀，形成陣列式或點陣式金屬塊16，碳納米管固化在金屬塊16內(nèi)，并且有部分碳納米管18暴露在金屬塊16的表面17之外，如圖2(e)所示。此暴露在外的碳納米管18作為發(fā)射體，與金屬塊16以及襯底10組成冷陰極100，如圖2(e)所示。這樣，金屬塊16與襯底10，例如與襯底10的導電結(jié)構(gòu)或?qū)щ妼泳o密結(jié)合、密切接觸，從而提高了冷陰極的導電性能，并且使得碳納米管強力附著于襯底上，并讓碳納米管暴露出來，減小了碳納米管18發(fā)射體與導電層12之間的電阻，提高了碳納米管18發(fā)射性能。 而且這種絲網(wǎng)印刷技術(shù)適于工業(yè)化批量生產(chǎn)，降低制造成本，利于大面積應用。上述碳納米管冷陰極的制造方法可用于制造各種真空電子源陣列，主要應用例如場發(fā)射平板顯示器、場發(fā)射光源、行波管或傳感器等。下面以場發(fā)射器件為例，請參閱圖3， 示出具有上述制造方法獲得的冷陰極的場發(fā)射器件200。該場發(fā)射器件200除了包括冷陰極100之外，還包括隔離體M和陽極20，陽極20包括玻璃基板21和形成于玻璃基板21上的熒光粉23。隔離體M有時也稱之為隔離墻或支撐體，其支撐于冷陰極100和陽極20之間，并環(huán)繞于冷陰極100的碳納米管18發(fā)射陣列四周，與冷陰極100、陽極20構(gòu)成密閉空間。該場發(fā)射器件200制造及封裝時，首先可按照上述碳納米管冷陰極的制造方法獲得碳納米管冷陰極100，再形成陽極20，然后用隔離體M支撐于冷陰極100和陽極20之間，并用低玻粉等封接材料將三者密封聯(lián)接并抽真空排氣封離，然后再裝配驅(qū)動電源，從而獲得場發(fā)射器件200。在該場發(fā)射器件200工作時，在高電壓下，暴露在外的碳納米管18發(fā)射出電子，轟擊陽極20的熒光粉23，使熒光粉23發(fā)出預定色彩的光，形成顯示或照明。由于本實施例的冷陰極100中，碳納米管18與襯底10結(jié)合力強，因而碳納米管18可承受較高電壓而不脫落，且碳納米管18固化在金屬塊16中，有利于降低電阻，提高電流密度，可適當降低施加于冷陰極100上的電壓，降低能耗。另外，在碳納米管18發(fā)射電子過程中，由于碳納米管18 固化在金屬塊16內(nèi)，產(chǎn)生的熱量可迅速由金屬塊16傳導到導電層并由基底導出，此時基底可采用導熱性能較好的陶瓷或金屬材料，從而提高冷陰極100及場發(fā)射器件200的使用壽命。以下通過具體實例來舉例說明碳納米管冷陰極的制造方法具體過程。實施例1本實施例中給出在鍍有厚度20納米的ITO玻璃的襯底上印刷多壁碳納米管的過程。所用的玻璃規(guī)格50mmX70mmXl. 1mm;在ITO玻璃上印刷的發(fā)射體區(qū)圖形為 25mmX25mm正方圖形，采用200目的網(wǎng)板印刷。首先稱量由乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯以1 4 12 13比例配制的有機粘結(jié)劑10克，倒入50ml燒杯，稱取直徑為10 20納米、長度為5 15微米的多壁碳納米管1克，倒入50ml燒杯中與有機粘結(jié)劑混合攪拌并超聲2小時，再將平均粒徑為20納米、純度為99. 9%的錫粉8克倒入 50ml燒杯中與碳納米管、有機粘結(jié)劑混合攪拌并超聲M小時。然后將ITO玻璃依次放入丙酮、乙醇、去離子水中分別超聲15分鐘，烘干或用惰性氣體吹干。采用附圖2的制備過程， 在ITO玻璃上絲網(wǎng)印刷含有錫顆粒與碳納米管及有機粘結(jié)劑的漿料，并在氮氣氣氛的保護下放入加熱爐中，以15°C /min的升溫速率升溫到550°C，恒溫60分鐘，最后自然降溫，形成碳納米管冷陰極。實施例2本實施例中給出在普通玻璃襯底上印刷碳納米管冷陰極的過程。所用的玻璃規(guī)格50mmX50mmX3mm ；在玻璃上印刷發(fā)射體區(qū)的Φ30πιπι圓形圖形，采用100目的網(wǎng)板印刷。首先稱量乙基纖維素、松油醇、丁基卡必醇和檸檬酸三丁酯以 1 4 12 13比例混合配制的有機粘結(jié)劑20克，倒入50ml燒杯，稱取直徑為10 20 納米、長度為5 15微米的多壁有序碳納米管3克，倒入50ml燒杯中與有機粘結(jié)劑混合攪拌并超聲4小時，再將平均粒徑為100納米、Sn-Cu合金粉10克倒入50ml燒杯中與碳納米管、有機粘結(jié)劑混合攪拌并超聲M小時。然后將玻璃依次放入丙酮、乙醇、去離子水中分別超聲15分鐘，烘干或用惰性氣體吹干。根據(jù)附圖2的制備過程，首先采用磁控濺射鍍膜機在玻璃襯底上沉積2微米厚的整片金屬鉻膜作為導電層。然后采用絲網(wǎng)印刷機印刷含有 Sn-Cu合金的金屬顆粒與碳納米管及有機粘結(jié)劑的漿料。并在空氣的保護下放入加熱爐中， 以15°C/min的升溫速率升溫到300°C，恒溫90分鐘，最后自然降溫，形成碳納米管冷陰極。
實施例3本實施例中給出了在陶瓷片襯底上印刷碳納米管冷陰極的過程。所用的陶瓷片規(guī)格50mmX 60mmX 0. 5mm ；在陶瓷片上印刷發(fā)射體區(qū)的的 25mmX40mm矩形圖形，采用100目的網(wǎng)板印刷。首先稱量乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯以1 4 12 13比例配制的有機粘結(jié)劑15克，倒入50ml燒杯，稱取直徑為< 2納米、長度為10 20微米的單壁碳納米管1. 5克，倒入50ml燒杯中與有機粘結(jié)劑混合攪拌并超聲8小時，再將平均粒徑為50納米、Bi-Ag合金粉10克倒入50ml燒杯中與碳納米管、有機粘結(jié)劑混合攪拌并超聲M小時。然后將陶瓷片依次放入丙酮、乙醇、 去離子水中分別超聲15分鐘，烘干或用惰性氣體吹干。根據(jù)附圖2的制備過程，首先采用絲網(wǎng)印刷的方式在陶瓷片襯底上整片印刷厚為200微米的導電銀漿作為導電層。印刷含有Bi-^Vg合金的金屬顆粒與碳納米管及有機粘結(jié)劑的漿料。并在空氣的保護下放入加熱爐中，以15°C /min的升溫速率升溫到200°C，恒溫120分鐘，最后自然降溫，形成碳納米管冷陰極。實施例4本實施例中給出了在金屬片襯底上印刷碳納米管冷陰極的過程。所用的金屬片規(guī)格50mmX60mmX0. 5mm ；在金屬片上印刷發(fā)射體區(qū)的 25mmX40mm矩形圖形，采用400目的網(wǎng)板印刷。首先稱量由乙基纖維素、松油醇、丁基卡必醇和檸檬酸三丁酯以1 4 12 13比例混合配制的有機粘結(jié)劑15克，倒入50ml燒杯， 稱取直徑為15-30納米、長度為10 30微米的陣列式碳納米管1. 2克，倒入50ml燒杯中與有機粘結(jié)劑混合攪拌并超聲12小時，再將平均粒徑為5納米、Ιη-iVg合金粉10克倒入50ml 燒杯中與碳納米管、有機粘結(jié)劑混合攪拌并超聲36小時。然后將金屬片依次放入丙酮、乙醇、去離子水中分別超聲15分鐘，烘干或用惰性氣體吹干。根據(jù)附圖2的制備過程，首先采用絲網(wǎng)印刷的方式在金屬片襯底上按照條狀結(jié)構(gòu)印刷厚為100微米的復合導電層。印刷含
8有h-^Vg合金的金屬顆粒與碳納米管及有機粘結(jié)劑的漿料。并在空氣的保護下放入加熱爐中，以15°C /min的升溫速率升溫到180°C，恒溫120分鐘，最后自然降溫，形成碳納米管冷陰極。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種碳納米管冷陰極的制造方法，其包括以下步驟將提供好的金屬粉、碳納米管與有機粘結(jié)劑混合，攪拌，形成碳納米管漿料，其中金屬熔點為150°C 600°C ；將碳納米管漿料通過絲網(wǎng)印刷形成于一襯底上；將印刷后含碳納米管漿料的襯底在所用金屬的熔點以上溫度燒結(jié)，使金屬熔化及有機粘結(jié)劑揮發(fā)或分解，冷卻后，形成所述碳納米管冷陰極。
2.如權(quán)利要求1所述的碳納米管冷陰極的制造方法，其特征在于，所述金屬粉的材質(zhì)選自Sn、Bi、In、Tl、Sn合金、Bi合金、In合金、Tl合金中的至少一種。
3.如權(quán)利要求1所述的碳納米管冷陰極的制造方法，其特征在于，所述金屬粉的材質(zhì)選自Sn-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Pb合金、Sn-Zn合金、In-Ag合金、In-Zn合金、In-Pb合金、In-Cu合金、Bi-Cu合金、Bi-Ag合金、Bi-Pb合金、Bi-Zn合金中的至少一種。
4.如權(quán)利要求1所述的碳納米管冷陰極的制造方法，其特征在于，所述金屬粉的顆粒粒徑為5納米 300微米，所述金屬粉的熔點為150°C 350°C。
5.如權(quán)利要求1所述的碳納米管冷陰極的制造方法，其特征在于，所述碳納米管為單壁碳納米管、多壁碳納米管、多壁有序碳納米管、經(jīng)過修飾的碳納米管或陣列式碳納米管中的至少一種。
6.如權(quán)利要求1所述的碳納米管冷陰極的制造方法，其特征在于，所述襯底為一具有導電結(jié)構(gòu)的基底或包括基底及形成于基底上的導電層的復合基底，所述襯底的導電結(jié)構(gòu)或?qū)щ妼拥膶щ姴馁|(zhì)選自ITO、金屬或者復合導電材料，所述導電層的厚度為20納米 200微米。
7.如權(quán)利要求1所述的碳納米管冷陰極的制造方法，其特征在于，所述燒結(jié)是在含有空氣或含有惰性氣體保護的氣氛中恒溫下進行15分鐘 8小時。
8.如權(quán)利要求1所述的碳納米管冷陰極的制造方法，其特征在于，所述碳納米管漿料的形成步驟包括將碳納米管與有機粘結(jié)劑混合，攪拌并超聲振蕩30分鐘 12小時，再將碳納米管與有機粘結(jié)劑的混合物與金屬粉混合，攪拌并超聲振蕩30分鐘 2小時，獲得所述碳納米管漿料。
9.如權(quán)利要求1所述的碳納米管冷陰極的制造方法，其特征在于，所述有機粘結(jié)劑為乙基纖維素、松油醇、二甘醇丁醚乙酸脂和乳酸乙酯混合配制的有機載體或乙基纖維素、松油醇、丁基卡必醇和檸檬酸三丁酯混合配制的有機載體。
10.如權(quán)利要求1所述的碳納米管冷陰極的制造方法在制備場發(fā)射平板顯示器、場發(fā)射光源、行波管或傳感器中的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種碳納米管冷陰極的制造方法，其包括如下步驟將提供好的金屬粉、碳納米管與有機粘結(jié)劑混合，攪拌，形成碳納米管漿料，其中金屬熔點為150℃～600℃；將碳納米管漿料通過絲網(wǎng)印刷形成于一襯底上；將印刷后含碳納米管漿料的襯底在所用金屬的熔點以上溫度燒結(jié)，使金屬熔化及有機粘結(jié)劑揮發(fā)或分解，冷卻后，形成所述碳納米管冷陰極。本發(fā)明還提供該碳納米管冷陰極的制造方法的應用。該制造方法將金屬粉、碳納米管及有機粘結(jié)劑混合形成漿料，用絲網(wǎng)印刷技術(shù)印刷于襯底上，然后燒結(jié)，不僅能加強碳納米管在襯底上的附著力，能提高場發(fā)射性能，而且可利用成熟的絲網(wǎng)印刷技術(shù)大批量制造冷陰極，具有廣闊的工業(yè)化應用前景。
文檔編號H01J25/34GK102262988SQ20101019042
公開日2011年11月30日 申請日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者周明杰, 邵鵬睿, 馬文波 申請人:海洋王照明科技股份有限公司, 深圳市海洋王照明技術(shù)有限公司