一种提升石墨烯片-碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种提升石墨烯片‑碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法，属于纳米材料的制备和应用领域。包括以下制备工艺：(1)在碳纳米管膜上进行载能银离子轰击预处理；(2)利用微波等离子体增强化学气相沉积法在碳纳米管膜上制备薄层石墨烯片；(3)在室温下对所得石墨烯片‑碳纳米管膜进行氮、氢等离子体处理；(4)对所得氮掺杂石墨烯片‑碳纳米管膜进行高温退火处理。与现有技术相比，本方法所制备的氮掺杂石墨烯片‑碳纳米管膜柔性复合材料具有低的工作电场、高的电流密度和在大电流密度下具有良好的场发射稳定性，有很高的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种提升石墨烯片-碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法
本专利技术属于纳米材料的制备与应用
，具体涉及一种利用等离子体处理制备氮掺杂石墨烯片-碳纳米管膜柔性复合材料并用于提升场发射性能的方法。
技术介绍
场发射指的是阴极材料内部电子在外加强电场作用下，从材料表面逸出到真空中的过程，优异的场发射性能一般需要阴极具有较低的工作电场和较大的电流密度以及良好的稳定性。石墨烯自2004年被发现以来，其优异的电学性能和独特的二维结构使其在诸多方面都展现出了不错的应用前景，其中就包括将其应用到真空场电子发射器件的开发中。与传统的具有优异场发射性能的碳纳米管基场发射阴极材料相比，二维石墨烯材料虽在工作电场方面相对较高，其开启场(电流密度达到10μA/cm2时所对应的外加电场强度)一般高于3.0V/μm，一般很难达到阈值场(电流密度达到10mA/cm2时所对应的外加电场强度)，其最大场发射电流密度也相对较低(一般小于5.0mA/cm2)，但其在场发射稳定性方面具有较大优势。现有的利用热化学气相沉积法制备的石墨烯片一般都是通过外延的方式在催化剂表面析出，最终平铺在基片上，这种形貌无疑将不利于石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提升石墨烯片‑碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法，其特征在于，包括：先利用载能银离子轰击预处理碳纳米管薄膜，再利用微波等离子体增强化学气相沉积法在碳纳米管膜上制备薄层石墨烯片，并利用微波氮、氢等离子体在常温下处理所得的石墨烯片‑碳纳米管膜复合材料，通过调节微波功率为100～140W、处理室气压为1.5kPa、处理时间为20～60分钟来控制其形貌，再对所得材料进行高温退火处理，最终得到热处理过的氮掺杂石墨烯片‑碳纳米管膜柔性复合材料；所述的氮掺杂石墨烯片‑碳纳米管膜柔性复合材料由在柔性碳纳米管薄膜上沉积边缘层数为1‑5层、富缺陷、氮掺杂的石墨烯片组成；所制备的氮掺杂石墨烯片‑碳纳米管...

【技术特征摘要】
1.一种提升石墨烯片-碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法，其特征在于，包括：先利用载能银离子轰击预处理碳纳米管薄膜，再利用微波等离子体增强化学气相沉积法在碳纳米管膜上制备薄层石墨烯片，并利用微波氮、氢等离子体在常温下处理所得的石墨烯片-碳纳米管膜复合材料，通过调节微波功率为100～140W、处理室气压为1.5kPa、处理时间为20～60分钟来控制其形貌，再对所得材料进行高温退火处理，最终得到热处理过的氮掺杂石墨烯片-碳纳米管膜柔性复合材料；所述的氮掺杂石墨烯片-碳纳米管膜柔性复合材料由在柔性碳纳米管薄膜上沉积边缘层数为1-5层、富缺陷、氮掺杂的石墨烯片组成；所制备的氮掺杂石墨烯片-碳纳米管膜柔性复合材料的开启场平均仅有1.32-1.50V/μm，阈值场平均仅有1.90-2.09V/μm，最大场发射电流密度平均可达13.83-16.63mA/cm2，在平均场发射电流密度高达10.08mA/cm2、20小时内的电流衰减仅有4.1％。2.根据权利要求1所述的一种提升石墨烯片-碳纳米管膜柔性复合材料场发射性能的方法，其特征在于，按如下步骤进行：步骤(1)预处理碳纳米管膜：先将市售的碳纳米管薄膜裁成2cm×2cm小片，然后利用金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA源)对其进行载能银离子轰击处理，轰击时，保持样品台匀速旋转，样品台偏压设定为-10kV，束流为5毫安，轰击时间为10分钟；步骤(2)微波等离子体增强化学气相沉积法制备石墨烯片：将步骤(1)得到的银离子轰击过的碳纳米管薄膜放置在微波等离子体系统中的石墨样品台上，将反应室真空抽至1.0×10-3Pa后通入15sccm氢气，调气压节为1kPa，用加热器加热样品台至温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓建华，索宁，田燕，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12