热发射电子源的制备方法技术

一种热发射电子源的制备方法，其包括以下步骤：制备一碳纳米管薄膜；提供一含有低逸出功材料或低逸出功材料前驱物的溶液，采用此溶液浸润上述碳纳米管薄膜；采用机械方法处理浸润后的碳纳米管薄膜形成一碳纳米管绞线；烘干该碳纳米管绞线；激活烘干后的碳纳米管绞线，得到热发射电子源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热发射电子源及其制备方法，尤其涉及一种基于碳纳米 管的热发射电子源及其制备方法。
技术介绍
热电子发射是把物体加热到足够高的温度，物体内部电子的能量随着温 度的升高而增大，其中一部分电子的能量大到足以克服阻碍它们逸出的障碍， 即逸出功，而由物体内进入真空。在热电子发射过程中，发射电子的物体被称为热发射电子源。良好的热发射电子源的材料应满足下列要求其一，逸 出功低，熔点高，蒸发率小；其二，具有良好的机械性能，尤其是高温性能； 其三，良好的化学稳定性。普通热电子源材料通常采用纯金属材料、硼化物 材料或者氧化物材料。采用纯金属材料制备热发射电子源时通常将这些材料通过一定方法加工 成带状、丝状、薄膜状或网状，使其具有较高的比表面积。纯鴒丝为传统的 也是最常见的热发射电子源，由许多纤维状的长条微晶组成。这种热发射电 子源在应用时，由于纯鴒丝被加热到高温再冷却后会产生再结晶，其晶粒由 原来的细长纤维变为块状结晶，这样一来鴒丝变脆极易断裂，大大影响了其 作为热发射电子源的寿命。采用硼化物材料或金属氧化物材料制备热发射电子源时，通常将这些材 料的粉末配制成浆料或溶液，涂敷或等离子喷涂到耐熔基金属基底表面，形 成热发射电子源。这样制备的热发射电子源中涂层和金属基底结合不牢固， 容易脱落。碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是一种新型碳材料，请参见"Helical Microtubules of Graphitic Carbon", S. Iijima， Nature, vol.354, p56 (1991)。碳纟内 米管具有极优异的导电性能、良好的化学稳定性和大的长径比，且具有较高 的机械强度，因而碳纳米管在热发射真空电子源领域具有潜在的应用前景。 柳鹏等人提供 一 种基于碳纳米管的热发射电子源，请参见"Thermionic4emission and work function of multiwalled carbon nanotube yarns", Peng Liu et al, PHYSICAL REVIEW B, Vol73, P235412-l(2006)。该热发射电子源为石友纳 米管长线，由于碳纳米管具有较高的机械强度，因此该热发射电子源具有较 长的寿命，但是，由于碳纳米管具有较高的逸出功(4.54-4.64电子伏)，所 以该热发射电子源发射效率较低，难以在较低的温度下获得较高的热发射电 流密度。因此，确有必要提供一种热发射电子源的其制备方法，该方法制备的热 发射电子源寿命较长具有较低逸出功，且发射效率较高。
技术实现思路
一种，其包括以下步骤制备一碳纳米管薄膜； 提供一含有低逸出功材料或低逸出功材料前驱物的溶液，采用此溶液浸润上 述碳纳米管薄膜；采用机械方法处理浸润后的碳纳米管薄膜形成一碳纳米管 绞线；烘干该碳纳米管绞线；激活烘干后的碳纳米管绞线，得到热发射电子 源。与现有技术相比较，本技术方案所提供的制备 出的热发射电子源由于低逸出功材料填充于碳纳米管绞线内，与碳纳米管绞 线结合牢固，不易脱落，因此本技术方案所提供的 制备的热发射电子源寿命较长，且低逸出功材料可以使该热发射电子源在较 低的温度下发射电子，因此本技术方案所提供的制 备的热发射电子源发射效率较高。附图说明图1是本技术方案实施例的热发射电子源的结构示意图。图2是本技术方案实施例的热发射电子源的扫描电镜照片。图3是本技术方案实施例的的流程图。具体实施例方式以下将结合附图详细说明本技术方案热发射电子源及其制备方法。 请参阅图1，本技术方案实施例提供一种热发射电子源10,包括一碳纳5米管绞线12，该热发射电子源IO进一步包括多个低逸出功材料颗粒14，其 中，该多个低逸出功材料颗粒14部分填充于该碳纳米管绞线12内、部分附 着在该碳纳米管绞线12表面且均匀分布，即，该低逸出功材料颗粒14均匀 分布于碳纳米管绞线12内部或表面。可选择地，上述热发射电子源IO进一步包括一第一电极16和一第二电 极18,第一电极16和一第二电极18间隔设置于热发射电子源10的两端， 并与热发射电子源IO的两端电性连接，可通过导电胶将热发射电子源10的 两端分别粘附于第一电极16和一第二电极18上。所述电极材料可选择为金、 银、铜、碳纳米管或石墨等导电物质，所述第一电极16和第二电极18的具 体结构不限，本实施例中，所述第一电极16和第二电才及18优选为一长方体 结构的铜块，热发射电子源10的两端分别通过银胶粘附于第一电极16和第 二电极18上，实现热发射电子源10与第一电极16和第二电极18的电性连 接。第一电极16和第二电极18用于使热发射电子源10与外部电路电连接， 使热发射电子源10在应用时更加方^_。所述的碳纳米管绞线12包括多个相互缠绕的碳纳米管，碳纳米管在碳 纳米管绞线12中均匀分布，该碳纳米管之间通过范德华力紧密结合。该碳 纳米管绞线12的直径为20微米-1毫米。该碳纳米管绞线12中的碳纳米管 为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管、多壁碳纳米管或其任意组合的混合物。所 述单壁碳纳米管的直径为0.5-50纳米，双壁碳纳米管的直径为1-50纳米， 多壁碳纳米管的直径为1.5-50纳米，碳纳米管的长度均为10微米-5000微米。所述低逸出功材料颗粒14为氧化钡颗粒、氧化锶颗粒、氧化钓颗粒、 硼化钍颗粒、硼化钇颗粒或其任意组合的混合物，该低逸出功材料颗粒14 的直径为10纳米-10(H效米。请参阅图2，所述低逸出功材料颗粒14至少部分填充于碳纳米管绞线 12内部。低逸出功材料颗粒14的质量为碳纳米管绞线12的质量的50%-90%。 可以理解，逸出功材料颗粒14与碳纳米管绞线12的结构关系包括以下三种 同时存在的情况其一，当逸出功材料颗粒14的直径小于碳纳米管绞线12 的直径时，该逸出功材^F颗粒14可完全填充于^^纳米管绞线12的内部；其 二，低逸出功材料颗粒14的一部分填充于碳纳米管绞线12的内部，逸出功 材料颗粒14另一部分在碳纳米管绞线12的表面；其三一些逸出功材料颗粒614也可完全分布在碳纳米管绞线12的表面。由于低逸出功材料颗粒14至少 部分填充于碳纳米管绞线12内部，因此，低逸出功材料颗粒14与碳纳米管 绞线12结合较为牢固。热发射电子源IO发射电子时的温度与低逸出功材料 颗粒14的质量有关。低逸出功材料颗粒14的质量越大，热发射电子源10 发射电子时的温度越低，低逸出功材料颗粒14的质量越小，热发射电子源 IO发射电子时的温度越高。本技术方案所提供的热发射电子源IO的最低发 射温度可为800°C。进一步地，两个或两个以上的至少内部填充有低逸出功材料颗粒14的 碳纳米管绞线12可相互扭曲缠绕形成一热发射电子源10,该热发射电子源 IO具有更大的直径，方便应用于宏观领域，且该热发射电子源IO强度更大， 寿命较长。进一步地，两个或两个以上的至少内部填充有低逸出功材料颗粒14的 碳纳米管绞线12可相互扭曲缠绕形成一热发射电子源10,该热发射电子源 IO具有更大的直径，方便应用于宏观领域，且该热发射电子源IO强度更大， 寿命较长。应用时，在热发射电子源IO的两端加一定的电压，或在第一电极16和 第二电极18之间施加一定的电压，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热发射电子源的制备方法，包括以下步骤：　制备一碳纳米管薄膜；　提供一含有低逸出功材料或者低逸出功材料前驱物的溶液，采用此溶液浸润上述碳纳米管薄膜；　采用机械方法处理浸润后的碳纳米管薄膜形成一碳纳米管绞线；　烘干该碳纳米管绞线；以及　激活烘干后的碳纳米管绞线，即得到热发射电子源。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：肖林，刘亮，刘长洪，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：94[中国|深圳]