碳纳米管场发射体及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管场发射体的制备方法，包括以下步骤：提供至少一根碳纳米管线；热处理所述至少一根碳纳米管线形成至少一根石墨化的碳纳米管线，该至少一根石墨化的碳纳米管线具有相对的第一端部和第二端部；焊接至少两个电极将所述至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部固定在相邻的两个电极之间并使第二端部裸露在外作为电子发射端，进而形成碳纳米管场发射体。另外，本发明专利技术还涉及一种碳纳米管场发射体。米管场发射体。米管场发射体。

【技术实现步骤摘要】
碳纳米管场发射体及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种场发射体，尤其涉及一种碳纳米管场发射体及其制备方法。

技术介绍

[0002]自九十年代初以来，以碳纳米管为代表的纳米材料以其独特的结构和性质引起了人们极大的关注。近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。
[0003]就以场发射技术为例，碳纳米管早已以其优良的导电性能，纳米尺度的尖端等特性成为优良的场发射阴极材料。碳纳米管的场发射特性在场发射平面显示器件、电真空器件、大功率微波器件等领域有着广阔的应用前景。现有技术中采用碳纳米管线作为场发射体，主要是通过粘结剂将碳纳米管线粘贴在电极表面，场发射时碳纳米管线容易被拔出，导致碳纳米管场发射体稳定性差，寿命短。另外，由于碳纳米管线中的碳纳米管具有生长缺陷，也会导致最终形成的碳纳米管场发射体稳定性差，寿命短。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，确有必要提供一种发射性能稳定且寿命长的碳纳米管场发射体及其制备方法。
[0005]一种碳纳米管场发射体的制备方法，包括：
[0006]S1，提供至少一根碳纳米管线；
[0007]S2，热处理所述至少一根碳纳米管线形成至少一根石墨化的碳纳米管线，该至少一根石墨化的碳纳米管线具有相对的第一端部和第二端部；
[0008]S3，焊接至少两个电极将所述至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部固定在相邻的两个电极之间并使第二端部裸露在外作为电子发射端，进而形成碳纳米管场发射体。
[0009]一种碳纳米管场发射体，所述碳纳米管场发射体包括至少一个发射单元，所述发射单元包括至少两个电极和至少一根石墨化的碳纳米线，所述石墨化的碳纳米线包括第一端部以及与该第一端部相对设置的第二端部，所述至少一根石墨化的碳纳米线的第一端部固定在相邻的两个电极之间，所述至少一根石墨化的碳纳米线的第二端部从所述至少两个电极之间露出作为电子发射端。
[0010]与现有技术相比较，本专利技术提供的碳纳米管场发射体的制备方法制备出的碳纳米管场发射体具有以下有益效果：第一，高温石墨化处理碳纳米管线可以去除催化剂，修复碳纳米管的缺陷，提高碳纳米管场发射体的稳定性。第二，通过焊接电极可将石墨化的碳纳米管线固定在相邻的两个电极之间，可以提高碳纳米管线与电极的结合力，在发射电子的过程中石墨化的碳纳米管线不会脱离电极，进而提高碳纳米管场发射体的发射效率和使用寿命。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实施例提供的碳纳米管场发射体的制备流程图。
[0012]图2为本专利技术实施例提供的碳纳米管场发射体所采用的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
[0013]图3为本专利技术实施例提供的碳纳米管场发射体所采用的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。
[0014]图4为本专利技术实施例提供的碳纳米管场发射体的结构主视示意图。
[0015]图5为本专利技术实施例提供的碳纳米管场发射体的结构侧视示意图。
[0016]图6为本专利技术实施例提供的碳纳米管场发射体的扫描电镜照片。
[0017]图7为本专利技术实施例提供的碳纳米管场发射体的第二端部的扫描电镜照片。
[0018]主要元件符号说明
[0019]碳纳米管场发射体
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100
[0020]第一端部
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12
[0021]第二端部
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14
[0022]电极
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22
[0023]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0024]下面将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供的碳纳米管场发射体及其制备方法作进一步的详细说明。
[0025]请参见图1，本专利技术提供一种碳纳米管场发射体的制备方法，其包括以下步骤：
[0026]S1，提供至少一根碳纳米管线；
[0027]S2，热处理所述至少一根碳纳米管线形成至少一根石墨化的碳纳米管线，该至少一根石墨化的碳纳米管线具有相对的第一端部和第二端部；
[0028]S3，焊接至少两个电极将所述至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部固定在相邻的两个电极之间并使第二端部裸露在外作为电子发射端，进而形成碳纳米管场发射体。
[0029]在步骤S1中，所述碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。
[0030](一)非扭转的碳纳米管线为将碳纳米管膜利用有机溶剂处理后获得。具体过程为：采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉出一碳纳米管膜，将拉出的碳纳米管膜经一有机溶剂浸润处理后，在挥发性有机溶剂表面张力的作用下，所述碳纳米管膜收缩成为一非扭转的碳纳米管线。请参见图2，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线长度方向延伸并首尾相连的碳纳米管。优选地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段之间通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米至100微米。
[0031](二)扭转的碳纳米管线为采用一机械力将所述非扭转的碳纳米管线沿相反方向扭转获得。请参见图3，该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米管。优选地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段之间通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米
管。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米至100微米。
[0032]所述非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线的结构及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，2008年8月20日公告的，公告号为CN100411979C的中国专利；以及于2005年12月16日申请的，2009年6月17日公告的，公告号为CN100500556C的中国专利，为节省篇幅，在此不再详细说明。
[0033]在步骤S2中，高温石墨化热处理所述碳纳米管线的方法为：将所述碳纳米管线放入石墨坩埚中，置于石墨化炉中；通入惰性气体，热处理温度为2000-3000℃，保温时间为10-300min，降温至室温形成石墨化的碳纳米管线，然后取出所述石墨化的碳纳米管线。本实施例中，将所述碳纳米管线放入石墨坩埚中，置于石墨化炉中，然后在氩气保护下升温至2800℃，保温时间为60min，降温至室温形成石墨化的碳纳米管线，然后取出所述石墨化的碳纳米管线。所述石墨化的碳纳米管线的直径范围为为2微米～800微米，长度范围为1毫米～20毫米。本实施例中，所述碳纳米管线的直径为500微米，长度为5毫米。
[0034]高温本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳纳米管场发射体的制备方法，包括：S1，提供至少一根碳纳米管线；S2，热处理所述至少一根碳纳米管线形成至少一根石墨化的碳纳米管线，该至少一根石墨化的碳纳米管线具有相对的第一端部和第二端部；S3，焊接至少两个电极将至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部固定在相邻的两个电极之间并使第二端部裸露在外作为电子发射端，进而形成碳纳米管场发射体。2.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，通过点焊或激光焊焊接至少两个电极将至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部固定在相邻的两个电极之间。3.如权利要求2所述的碳纳米管场发射体的制备方法，其特征在于，通过点焊焊接至少两个电极将所述至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部固定在所述相邻的两个电极之间的方法，包括以下步骤：S311，将所述至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部放置在所述两个电极之间被所述两个电极夹紧，并使所述第二端部暴露在外形成一发射单元；S312，将所述发射单元放置在固定式焊头和活动点焊头之间，在压力驱动装置驱动下所述活动点焊头将所述发射单元压向所述固定点焊头；S313，控制所述点焊机输出电压和电流将将相邻的电极焊接在一起固定所述至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部。4.如权利要求2所述的碳纳米管场发射体的制备方法，其特征在于，通过激光焊焊接至少两个电极将所述至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部固定所述至少两个电极之间的方法，包括以下步骤：S321,将所述至少一根石墨化的碳纳米管线的第一端部放置在所述两个电极之间被所述两个电极夹紧...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳鹏，周段亮，张春海，潜力，王昱权，郭雪伟，马丽永，王福军，范守善，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：