场发射阴极的制备方法技术

一种场发射阴极的制备方法，其包括以下步骤：　　　　提供一基底；　　　　在上述基底表面形成一导电薄膜层；　　　　形成一光吸收层于上述导电薄膜层上；　　　　形成一催化剂层于上述光吸收层上；　　　　通入碳源气与载气的混合气体流经上述催化剂层表面；以及　　　　以激光束聚焦照射基底从而生长碳纳米管阵列，形成场发射阴极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，尤其涉及一种基于碳纳米管的 。
技术介绍
碳纳米管是一种新型碳材料，其具有极其优异的导电性能，且其具有几 乎接近理论极限的尖端表面积(尖端表面积越小，其局部电场越集中)，所以， 碳纳米管是已知最好的场发射材料，其具有极低场发射电压，可传输极大电 流密度，且电流极稳定，因而非常适合做场发射显示器的发射组件。用于发射组件的碳纳米管， 一般为采用电弧放电法或化学气相沉积法(CVD法)生长的碳纳米管。将碳纳米管应用于场发射显示器的方式有将含 有碳纳米管的导电浆料或者有机粘接剂印刷成图形通过后续处理使得碳纳 米管能够从浆料的埋藏中露出头来成发射体。在此方法中，将含有碳纳米管 的导电浆料以厚膜钢板印刷的方式涂布在导电基板上，碳纳米管在浆料中发 生弯曲，相互交织，不易形成垂直于导电基板的碳纳米管，为形成性能良好 的发射尖端，需对碳纳米管阵列进行后续处理，即将一层浆料剥离，从而使 碳纳米管从浆料的埋藏中露出头来而成为发射体，但是，剥离此浆料层对碳 纳米管损伤很大。另外，上述方法制备的碳纳米管层中，碳纳米管基本上趴在导电基板上， 相对导电基板垂直的碳纳米管较少。然而，碳纳米管作为场发射体，是从碳 纳米管的一端沿轴向发射出电子，所以，碳纳米管队在导电基板上不利于碳 纳米管场发射性能的发挥。
技术实现思路
本专利技术提供一种可以克服上述缺点的碳纳米管， 其不损伤碳纳米管，使碳纳米管场发射体相对导电基板基本垂直，从而确保 碳纳米管场发射性能发挥良好。一种，其包括以下步骤提供一基底；在上述基 底表面形成一导电薄膜层；形成一光吸收层于上述导电薄膜层上；形成一催 化剂层于上述光吸收层上；通入碳源气与载气的混合气体流经上述催化剂层 表面；以及以激光束聚焦照射基底从而生长碳纳米管阵列，形成场发射阴极。相较于现有技术，所述的碳纳米管阵列的制备方法形成有 一光吸收层位 于催化剂层与基底之间。该光吸收层可有效吸收激光能量并加热催化剂，可 削弱激光场强度，可在一定程度上避免激光破坏新生长出来的碳纳米管；同 时，在反应过程中可释放碳原子促进碳纳米管的成核及生长，因此，由该场 发射阴极的制备方法得到的场发射阴极中的碳纳米管阵列基本垂直于基底， 具有良好的场发射性能。附图说明图1为本专利技术实施例的流程示意图。图2为本专利技术实施例获得的碳纳米管场发射阴极的扫描电镜照片。图3为本专利技术实施例获得的碳纳米管场发射阴极阵列的扫描电镜照片。具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明请参阅图1, 本专利技术实施例主要包括一下几个步骤步骤一提供一基底。本实施例中基底材料选用耐高温材料制成。根据不同应用，本实施例中 基底材料还可分别选用透明或不透明材料，如，当应用于半导体电子器件时 可选择为硅、二氧化硅或金属材料等不透明材料；当应用于大面积平板显示 器时，优选为玻璃、可塑性有机材料等透明材料。步骤二在上述基底表面形成一导电薄膜。该导电薄膜可通过热沉积、电子束沉积或溅射法形成在上述基底表面。 本实施例中，该导电薄膜材料优选为氧化铟锡薄膜，其厚度为10 100纳米, 伊乙选为30納米。步骤三在上述导电薄膜上形成一光吸收层。本实施例中，该光吸收层的制备方法包括以下步骤将一含碳材料涂敷于上述基底的导电薄膜表面；在保护气体环境中，将涂敷有含碳材料的基底 在约90分钟内逐渐加温到约30(TC以上，并烘烤一段时间；自然冷却到室温 形成一光吸收层于基底表面的导电薄膜上。本专利技术实施例中，保护气体包括氮气或惰性气体，含碳材料优选为目前 广泛应用于电子产品如冷阴极显像管中的石墨乳材料。进一步地，该石墨乳 可通过旋转涂敷方式形成于基底表面，其转速为1000-5000转/分(rpm)，优 选为1500rpm。所形成的光吸收层的厚度为1 20微米。另外，烘烤的目的在于使得含碳材料中的其他材料蒸发，如将石墨乳中的有机物蒸发。 步骤四形成一催化剂层于上述光吸收层上。该催化剂层的形成可利用热沉积、电子束沉积或溅射法来完成。催化剂 层的材料选用铁，也可选用其它材料，如氮化镓、钴、镍及其合金材料等。 进一步地，该催化剂层可通过高温退火等方式氧化催化剂层，形成催化剂氧 化物颗粒。另外，该催化剂层可通过将一催化剂溶液涂敷于光吸收层上形成，其具 体步骤包括提供一催化剂乙醇溶液；将该催化剂乙醇溶液涂敷于上述光吸 收层表面。本实施例中，该催化剂乙醇溶液为将金属硝酸盐混合物与乙醇溶液混合 形成。该金属硝酸盐混合物为贿酸镁(Mg(N03)2'6H20)和硝酸铁 (Fe(N03)3.9H20)、硝酸钴(Co(N03)2'6H20)或硝酸镍(Ni(N03)2'6H20)中任一种 或几种组成的混合物优选地，该催化剂乙醇溶液为硝酸镁和硝酸铁组成的混 合物的乙醇溶液，溶液中硝酸铁的含量为0.01-0.5摩尔/升(Mol/L),硝酸镁 的含量为0.01~0.5Mol/L。该催化剂乙醇溶液可通过旋转涂敷形成于光吸收 层表面，其转速优选为约1500rpm。所形成的催化剂层的厚度为1~100纳米。 步骤五通入碳源气与载气的混合气体流经上述催化剂层表面。 该碳源气优选为廉价气体乙炔，也可选用其它碳氢化合物如曱烷、乙烷、 乙烯等。载气气体优选为氩气，也可选用其他惰性气体如氮气等。本实施例 中，碳源气与载气可通过一气体喷嘴直接通入到上述催化剂层表面附近。栽 气与^f灰源气的通气流量比例为5: 1 10: 1,本实施例优选为通以200标准毫 升/分(sccm)的氩气和25sccm的乙炔。步骤五以激光束聚焦照射加热催化剂层从而生长碳纳米管阵列，得到 场发射阴极。本实施例中，激光束可通过传统的氩离子激光器或二氧化碳激光器产 生，其功率为o 5瓦(W),优选为470mW。产生的激光束可通过一透镜聚焦 后从正面直接照射在上述催化剂层表面，可以理解，该激光束可采用垂直照 射或倾斜照射聚焦于催化剂层上。另外，当基底选用不透明材料时，该激光 束也可聚焦后照射基底的反面，由于本专利技术实施例基底可采用透明材料，该 激光束能量可迅速透过基底传递到催化剂层并加热催化剂。反应预定时间后，由于催化剂的作用，通入到基底附近的碳源气在一定 温度下热解成碳单元(C-C或C)和氢气。其中，氢气会将被氧化的催化剂还 原，碳单元吸附于催化剂层表面，从而生长出碳纳米管。本实施例中，由于 采用激光作为加热热源，且利用光吸收层吸收激光能量的作用，该化学气相 沉积法反应温度可低于600摄氏度。另外，由于本专利技术实施例采用激光聚焦照射生长碳纳米管阵列制备场发 射阴极，催化剂局部温度在较短时间内能够被加热并吸收足够的能量，同时， 碳源气为直接通入到被加热的催化剂表面附近。因此，本专利技术实施例可无需 一密封的反应室，即可同时保证生长碳纳米管阵列的催化剂附近达到所需的 温度及碳源气的浓度，且，由于碳源气分解产生的氢气的还原作用，可确保 氧化的催化剂能够被还原，并促使碳纳米管阵列生长。本专利技术实施例中形成的石墨乳层在本专利技术制备碳纳米管场发射阴极的 方法有以下优点第一，由于石墨乳层能有效吸收激光能量并加热催化剂， 可使得该催化剂层更容易达到生长碳纳米管所需温度，本实施例中反应温度 可低于600℃;第二，该石墨乳层可削弱激光场强度，可在一定程度上避免 激光破坏新生长出来的碳纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1. 一种场发射阴极的制备方法，其包括以下步骤提供一基底；在上述基底表面形成一导电薄膜层；形成一光吸收层于上述导电薄膜层上；形成一催化剂层于上述光吸收层上；通入碳源气与载气的混合气体流经上述催化剂层表面；以及以激光束聚焦照射基底从而生长碳纳米管阵列，形成场发射阴极。2. 如权利要求l所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，该光吸收层的 形成包括以下步骤形成一含碳材料于上述基底表面；在氮气环境中，将涂敷有含碳材料的基底逐渐加温到30(TC以上并烘 烤；以及自然冷却到室温形成一光吸收层于基底表面。3. 如权利要求2所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，该含碳材料为 石墨乳。4. 如权利要求3所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，该石墨乳层采 用旋转涂敷形成于基底表面。5. 如权利要求2所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，该光吸收层的 厚度为l 20孩i米。6. 如权利要求l所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，该催化剂层的 形成包括以下步骤提供一催化剂溶液；以及将该催化剂溶液涂敷于上述光吸收层表面。7. 如权利要求6所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，该催化剂溶液 为含有金属硝酸盐混合物的乙醇溶液。8. 如权利要求7所述的场发射阴极的制备方法，其特征在于，该金属硝酸盐 混合物为硝酸镁与硝酸铁、硝酸钴或硝酸镍中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卓，罗春香，姜开利，范守善，
申请(专利权)人：清华大学，鸿富锦精密工业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：