一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法技术

本发明专利技术公开了一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法，其特征在于，该方法对银浆印刷层和碳纳米管印刷层进行共烧结处理来增加印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的接触面积，进而改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能，并使采用共烧结阴极制造的场发射显示器在高亮度下的发光稳定性及寿命较普通阴极器件显著提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于真空微电子技术和纳米技术的交叉领域，具体涉及通过对银浆印刷层和碳纳米管印刷层的共烧结处理，使得阴极形成银/碳纳米管嵌套结构而改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能的方法，特别涉及一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极的制备方法，该方法采用银/碳纳米管共烧结阴极制造的场发射显示器在高亮度下的发光稳定性及寿命较普通阴极器件显著提高。
技术介绍
目前碳纳米管场发射显示器阴极制备技术主要有丝网印刷技术和直接生长技术两大派别。丝网印刷法具有成本低廉、操作简单及大面积均匀性好的优点，该法通常是将碳纳米管与制浆材料混合，制成可用丝网漏印的浆料，然后印制到衬底上。经过退火焙烧去除大部分制浆材料，从而制得碳纳米管阴极薄膜。由于碳纳米管在印刷层中是被制浆材料包裹着的，并不直接接触导电衬底，虽然经过热处理过程后这些制浆材料大部分被分解，但在印刷层底部的制浆材料分解得并不充分，这将使碳纳米管与导电衬底之间存在较大的接触电阻，同时也会影响阴极在发射电流过程中产生的热量的传导。当器件在较高的亮度下工作时，碳纳米管尖端的发射电流密度很大，较大的电流密度必然会在电阻较大的地方引起巨大的焦耳热，而这些地方往往是热传导性能较差的地方，因此过多的热量积累将会使碳纳米管与导电衬底之间的接触情况进一步恶化，并最终导致这种接触处的破坏，从而使器件发光产生衰减。因而发光稳定性或寿命问题是印刷碳纳米管薄膜及部分直接生长碳纳米管薄膜所必须解决的一个课题。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷或不足，本专利技术的目的在于，提出，以解决现有的印刷碳纳米管薄膜在稳定性方面存在的问题。本专利技术采用的技术解决方案是，其特征在于，该方法通过对银浆印刷层和碳纳米管印刷层进行共烧结处理来增加印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的接触面积，进而改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能，使制造的场发射器件在高亮度下的发光稳定性及寿命较普通阴极器件显著提高，具体包括以下步骤(1)衬底和碳纳米管的预处理衬底的预处理是对衬底进行清洗、然后用压缩气体吹干；碳纳米管的预处理是对碳纳米管的纯化，以去除催化剂；其纯化工艺流程为以浓硝酸∶浓硫酸＝4∶1配制酸液，并以该酸液对碳纳米管进行酸洗，酸洗后用水洗至中性，然后用去离子水进一步冲洗，冲洗后滤出碳纳米管并干燥；(2)碳纳米管浆料配制取碳纳米管、乙基纤维素和松油醇组成碳纳米管浆料，其中乙基纤维素为制浆剂，松油醇为溶剂；碳纳米管与乙基纤维素的比例为1∶5-3∶5，乙基纤维素与松油醇的比例为每20ml松油醇中加入1.5g乙基纤维素，其工艺流程为将干燥后的碳纳米管进行称量，置入溶剂中进行4-8小时超声分散，待碳纳米管在溶剂中分散成糊状后过大于300目的筛网，然后加入乙基纤维素，并在120℃条件下搅拌30分钟，搅拌均匀后冷却至室温即可；(3)银浆和碳纳米管浆料的印刷印刷过程采用普通的丝网印刷工艺，先上银浆网版印刷银浆层，烘干后在银浆层上印刷碳纳米管浆料，然后再烘干，在300℃的条件下进行预烧120分钟；(4)银浆印刷层与碳纳米管印刷层的共烧结处理将完成印刷及预烧的阴极放入真空烧结炉或气氛烧结炉中进行共烧结处理，以银浆的烧结温度作为共烧结温度(如贵研铂业有限公司生产的银浆为570-620℃)，具体烧结工艺按不同银浆生产厂提供的说明进行。若采用真空烧结，真空度应优于1Pa，采用气氛保护烧结时，烧结过程中通以30-40sccm的惰性气体(如氮气等)或氢气(纯度高于99.99％)；在抽至1Pa的真空度后在抽真空的同时通以30-40sccm的上述气体，此时炉内的气压会稍高于1Pa，但保护效果要好于单纯的真空烧结或气氛烧结；(5)碳纳米管薄膜的后处理后处理方法为在碳纳米管薄膜表面覆盖塑料薄膜，用胶质刮刀通过塑料薄膜表面对碳纳米管薄膜进行刮压处理，从而使粘附于碳纳米管表面的无机残留物因破碎而脱离，移去塑料薄膜后用压力为5-8大气压的高压气体通过喷嘴所产生的高速气流将从碳纳米管薄膜表面破碎或剥离下来的碎屑及浮尘吹去，即可得到成品。本专利技术的方法制备的印刷碳纳米管薄膜，可以增加印刷碳纳米管薄膜与导电衬底之间的接触面积，从而改善两者之间的欧姆接触和热传导能力，最终提高碳纳米管阴极的场发射稳定性。附图说明图1是采用共烧结工艺制备碳纳米管场发射阴极的示意图；上述各图中的符号表示分别的是1为衬底，2为银浆印刷层，3为碳纳米管印刷层，4为共烧结层。具体实施例方式为了更清楚的理解本专利技术和表明本专利技术的有益效果，下面结合附图和专利技术人给出的实施例对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，这些实施例是本专利技术的一些较好的例子，并不限于这些实施例。实施例1专利技术人给出的本专利技术的第一个实施例是制造二极结构的具有X-Y寻址的单色碳纳米管场发射平板显示器，其制造过程如下 1.衬底的选择与预处理本实施例采用普通钠钙玻璃作为衬底1。用洗涤剂将玻璃上的油污洗去，然后用纯水将洗涤剂清洗干净，最后用压缩气体将玻璃吹干备用。2.碳纳米管的纯化本实施例采用的碳纳米管为由CVD法制备的多壁碳纳米管，其中含有较多的以催化剂颗粒(主要是铁及其氧化物)为主的杂质。纯化主要是为了去掉其中的这些杂质，由于在碳纳米管的制备过程中使用的催化剂会在碳纳米管中存在，故使用时应将其除掉。其中碳纳米管纯化工艺流程为以浓硝酸∶浓硫酸＝4∶1配制酸液，用该酸液对碳纳米管进行酸洗，酸洗后水洗碳纳米管至中性，再用去离子水进一步冲洗，冲洗后滤出碳纳米管并干燥。3.碳纳米管浆料配制取碳纳米管、乙基纤维素和松油醇组成碳纳米管浆料，碳纳米管与乙基纤维素的比例为1∶5-3∶5，乙基纤维素与松油醇的比例为每20ml松油醇中加入1.5g乙基纤维素，其中乙基纤维素为制浆剂，松油醇为溶剂；其工艺流程为将干燥后的碳纳米管进行称量，置入溶剂中进行4-8小时超声分散，待碳纳米管在溶剂中分散成糊状后过筛，然后加入乙基纤维素，并在120℃条件下搅拌30分钟，搅拌均匀后冷却至室温即可；4.银浆和碳纳米管浆料的印刷印刷过程可采用普通的丝网印刷工艺，具体如下调印刷机工作状态，首先上银浆网版，对版后印刷银浆层2，烘干；烘干后在银浆层上印刷碳纳米管浆料3，然后再烘干，最后在300℃的条件下预烧120分钟；5.银浆印刷层与碳纳米管印刷层的共烧结处理将完成印刷及预烧的阴极放入真空烧结炉中进行共烧结处理，以银浆的烧结温度(580℃)作为共烧结温度(此处所用的银浆由贵研铂业有限公司生产)。为增强保护效果，在抽至1Pa的真空度后在抽真空的同时通以30-40sccm的氮气(纯度高于99.99％)。烧结完成后即可得到共烧结层4；实践证明保护气体采用氩气或氢气也能够完成上述共烧结处理。6.碳纳米管薄膜的后处理后处理方法为在碳纳米管薄膜表面覆盖塑料薄膜，用胶质刮刀通过塑料薄膜表面对碳纳米管薄膜进行刮压处理，从而使粘附于碳纳米管表面的无机残留物因破碎而脱离，移去塑料薄膜后用压力为5-8大气压的高压气体通过喷嘴所产生的高速气流将从碳纳米管薄膜表面破碎或剥离下来的碎屑及浮尘吹去，即可得到成品阴极。至此阴极制备过程已经结束，以下对器件的阳极制作和器件封装过程进行说明。7.阳极板的制造阳极所用的玻璃为带有ITO涂层的钠钙玻璃。阳极板制造流程首先对玻璃进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法，其特征在于，该方法通过对银浆印刷层和碳纳米管印刷层进行共烧结处理来增加印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的接触面积，进而改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能，使制造的场发射器件在高亮度下的发光稳定性及寿命较普通阴极器件显著提高，具体包括以下步骤：（１）衬底和碳纳米管的预处理衬底的预处理是对衬底进行清洗、然后用压缩气体吹干；碳纳米管的预处理是对碳纳米管的纯化，以去除催化剂；其纯化工艺流程 为：以浓硝酸∶浓硫酸＝４∶１配制酸液，并以该酸液对碳纳米管进行酸洗，酸洗后用水洗至中性，然后用去离子水进一步冲洗，冲洗后滤出碳纳米管并干燥；（２）碳纳米管浆料配制取碳纳米管、乙基纤维素和松油醇组成碳纳米管浆料，其中乙 基纤维素为制浆剂，松油醇为溶剂；碳纳米管与乙基纤维素的比例为１∶５－３∶５，乙基纤维素与松油醇的比例为每２０ｍｌ松油醇中加入１．５ｇ乙基纤维素，其工艺流程为：将干燥后的碳纳米管进行称量，置入溶剂中进行４－８小时超声分散，待碳纳米管在 溶剂中分散成糊状后过大于３００目的筛网，然后加入乙基纤维素，并在１２０℃条件下搅拌３０分钟，搅拌均匀后冷却至室温即可；（３）银浆和碳纳米管浆料的印刷印刷过程采用普通的丝网印刷工艺，先上银浆网版印刷银浆层，烘干后在银浆层上印刷 碳纳米管浆料，然后再烘干，在３００℃的条件下进行预烧１２０分钟；（４）银浆印刷层与碳纳米管印刷层的共烧结处理将完成印刷及预烧的阴极放入真空烧结炉或气氛烧结炉中进行共烧结处理，以银浆的烧结温度作为共烧结温度，具体烧结工艺按不同 银浆生产厂提供的说明进行。若采用真空烧结，真空度应优于１Ｐａ，采用气氛保护烧结时，烧结过程中通以３０－４０ｓｃｃｍ的惰性气体或氢气作为保护气体；（５）碳纳米管薄膜的后处理后处理方法为：在碳纳米管薄膜表面覆盖塑料薄膜，用胶质刮 刀通过塑料薄膜表面对碳纳米管薄膜进行刮压处理，从而使粘附于碳纳米管表面的无机残留物因破碎而脱离，移去塑料薄膜后用压力为５－８大气压的高压气体通过喷嘴所产生的高速气流将从碳纳米管薄膜表面破碎或剥离下来的碎屑及浮尘吹去，即可得到阴极成品。...

【技术特征摘要】
1.一种提高印刷碳纳米管薄膜场发射稳定性的阴极制备方法，其特征在于，该方法通过对银浆印刷层和碳纳米管印刷层进行共烧结处理来增加印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的接触面积，进而改善印刷碳纳米管薄膜和导电衬底之间的欧姆接触和热传导性能，使制造的场发射器件在高亮度下的发光稳定性及寿命较普通阴极器件显著提高，具体包括以下步骤(1)衬底和碳纳米管的预处理衬底的预处理是对衬底进行清洗、然后用压缩气体吹干；碳纳米管的预处理是对碳纳米管的纯化，以去除催化剂；其纯化工艺流程为以浓硝酸∶浓硫酸＝4∶1配制酸液，并以该酸液对碳纳米管进行酸洗，酸洗后用水洗至中性，然后用去离子水进一步冲洗，冲洗后滤出碳纳米管并干燥；(2)碳纳米管浆料配制取碳纳米管、乙基纤维素和松油醇组成碳纳米管浆料，其中乙基纤维素为制浆剂，松油醇为溶剂；碳纳米管与乙基纤维素的比例为1∶5-3∶5，乙基纤维素与松油醇的比例为每20ml松油醇中加入1.5g乙基纤维素，其工艺流程为将干燥后的碳纳米管进行称量，置入溶剂中进行4-8小时超声分散，待碳纳米管在溶剂中分散成糊状后过大于300目的筛网，然后加入乙基纤维素，并在120℃条件下搅拌30分钟，搅拌均匀后冷却至室温即可；(3)银浆和碳纳米管浆料的印刷印...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱长纯，曾凡光，刘兴辉，刘卫华，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]