场发射阴极结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种场发射阴极结构，包括：一第一碳纳米管结构及一第二碳纳米管结构设置于所述第一碳纳米管结构的表面，该第二碳纳米管结构包括多个第二碳纳米管，且所述第二碳纳米管基本垂直于第一碳纳米管结构表面排列，其中，所述第二碳纳米管结构在远离所述第一碳纳米管结构表面的一端形成至少一尖端，所述第二碳纳米管结构中的多个第二碳纳米管的长度沿远离所述尖端的顶端的方向逐渐缩短。所述场发射阴极结构可提高场发射的均匀性及稳定性。本发明专利技术进一步提供一种所述场发射阴极结构的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种。
技术介绍
1991年，日本NEC公司研究人员意外发现碳纳米管，请参见‘‘Helical microtubules of graphitic carbon" , S. Ii jima, Nature, vol. 354, p56 (1991),因为碳纳 米管的优异特性，其潜在的应用一直受到人们广泛关注，尤其是在电子领域，由于碳纳米管 的直径极小，大约几纳米至十几纳米，在较小的电场作用下就可以从其尖端发射电子，因而 可用作场发射阴极。近年来，人们在纳米材料及其应用领域进行各种研究，尤其是对碳纳米管的生长 方法及其应用。例如，李康雨等人于2005年10月12日申请于2009年12月9日公告的 公告号为CN100568436的中国专利揭示了一种碳纳米管发射器件的制备方法，此专利技术利用 PECVD (等离子体增强化学气相沉积)法在第一碳纳米管表面生长出垂直第一碳纳米管表 面的第二碳纳米管，其包括下列步骤先在形成有催化剂材料层的第一基底上生长多个第 一碳纳米管，然后，从所述第一基底分离所述第一碳纳米管并将分离的碳纳米管浸入分散 溶液，最后用所述分散溶液涂覆第二基底并且烘焙所述第二基底，使所述第一碳纳米管固 定于第二基底，然后从所述第一碳纳米管表面的催化剂颗粒上生长第二碳纳米管。所述第 一碳纳米管及第二碳纳米管构成的结构可用于场发射阴极结构。但是，通过上述方法制备的第一碳纳米管及第二碳纳米管构成的场发射阴极结构 用于场发射时，由于第二碳纳米管中的碳纳米管的高度基本相同，因此相邻的碳纳米管之 间存在电子屏蔽效应，使得电子发射主要集中于第二碳纳米管的边缘位置，从而产生边缘 增强效应，影响中间位置碳纳米管的电子发射，导致第二碳纳米管中电子发射的不均勻。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种电子发射比较均勻的场发射阴极结构。一种场发射阴极结构，包括一第一碳纳米管结构及一第二碳纳米管结构设置于 所述第一碳纳米管结构的表面，该第二碳纳米管结构包括多个第二碳纳米管，且所述第二 碳纳米管基本垂直于第一碳纳米管结构表面排列，其中，所述第二碳纳米管结构在远离所 述第一碳纳米管结构表面的一端形成至少一尖端，所述第二碳纳米管结构中的多个第二碳 纳米管的长度沿远离所述尖端的顶端的方向逐渐缩短。—种场发射阴极结构的制备方法，其包括以下步骤提供一悬空设置的第一碳纳 米管结构；以所述悬空设置的第一碳纳米管结构作为基底，通过化学气相沉积法在所述第 一碳纳米管结构的表面生长第二碳纳米管，形成第二碳纳米管结构，其中，通过向所述第一 碳纳米管结构通入电流使所述第一碳纳米管结构的温度升高达到第二碳纳米管的生长温 度；通电一段时间后，停止通电并停止通入气体，得到所述场发射阴极结构。相较于现有技术，所述场发射阴极结构中所述第二碳纳米管结构具有一尖端，从而减小了碳纳米管之间的屏蔽效应，并使电子发射集中于尖端处的碳纳米管，因此可以减 小第二碳纳米管结构中的边缘增强效应，提高电子发射密度的均勻性，并且制备方法简单 易行，适合在工业上批量生长。附图说明图1为本专利技术第一实施例提供的场发射阴极结构的结构示意图。图2为图1所示的场发射阴极结构沿II-II方向的剖面图。图3为本专利技术第一实施例提供的场发射阴极结构中第一碳纳米管结构的扫描电 镜照片。图4为本专利技术第一实施例提供的场发射阴极结构中第一碳纳米管结构悬空设置 在基底表面的结构示意图。图5为本专利技术第一实施例提供的场发射阴极结构的制备方法的流程图。图6为本专利技术第一实施例提供的场发射阴极结构的制备装置的示意图。图7为本专利技术第二实施例提供的场发射阴极结构的结构示意图。图8为图7所示的场发射阴极结构沿VIII-VIII方向的剖面图。图9A、图9B为本专利技术第二实施例提供的场发射阴极结构中第一碳纳米管结构为 图案化的结构示意图。图10为本专利技术第二实施例提供的场发射阴极结构中第一碳纳米管结构悬空设置 在基底表面的结构示意图。图11为本专利技术第二实施例提供的场发射阴极结构的制备装置示意图主要元件符号说明场发射阴极结构200,300第一碳纳米管结构212,312第一碳纳米管212a,312a催化剂颗粒213第二碳纳米管结构214,314第二碳纳米管214a,314a尖端214c,314c基底220,320第一导电基体221第二导电基体222导电基体32具体实施例方式下面将结合附图及具体实施例对本技术方案进行详细说明。请参阅图1及图4，本专利技术第一实施例提供一种场发射阴极结构200，所述场发射 阴极结构200包括一第一碳纳米管结构212及一第二碳纳米管结构214，所述第二碳纳米管 结构214位于所述第一碳纳米管结构212的表面，并且与所述第一碳纳米管结构212相连。所述第一碳纳米管结构212为膜状结构或线状结构，其包括多个第一碳纳米管21 及分散于第一碳纳米管21 中的催化剂颗粒213。所述第一碳纳米管21 基本平行 于所述第一碳纳米管结构212的表面，即所述第一碳纳米管21 的轴向基本平行于所述第 一碳纳米管结构212的表面。所述催化剂颗粒213的材料为铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其 任意组合的合金之一，所述催化剂颗粒213分散于第一碳纳米管21 表面或分散于相邻的 碳纳米管与碳纳米管的连接处。所述第一碳纳米管结构212未经过任何化学修饰或功能化 处理，所述第一碳纳米管结构212中的多个第一碳纳米管21 可无序排列或有序排列。所 谓无序排列是指碳纳米管的排列方向无规则。所谓有序排列是指碳纳米管的排列方向有规 则。具体地，当第一碳纳米管结构212包括无序排列的第一碳纳米管21 时，所述第一碳 纳米管21 相互缠绕或者各向同性排列；当第一碳纳米管结构212包括有序排列的第一碳 纳米管21 时，所述第一碳纳米管21 沿一个方向或者多个方向择优取向延伸。所谓“择 优取向”是指所述第一碳纳米管结构212中的大多数第一碳纳米管21 在一个方向上具有 较大的取向几率；即，该第一碳纳米管结构212中的大多数第一碳纳米管21 的轴向基本 沿同一方向延伸。具体地，所述第一碳纳米管结构212包括至少一碳纳米管膜、至少一碳纳米管线 或至少一碳纳米管膜与至少一碳纳米管线的组合。所述碳纳米管膜或碳纳米管线为多个碳 纳米管组成的自支撑结构，所述多个碳纳米管通过范德华力(van der Waals force)相连。 所述自支撑是指第一碳纳米管结构212不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支 撑力即能整体上悬空而保持自身状态，即将该第一碳纳米管结构212置于(或固定于)间 隔一定距离设置的两个支撑体上时，位于两个支撑体之间的碳纳米管结构能够悬空保持自 身状态。所述自支撑主要通过碳纳米管结构中存在连续的通过范德华力相连延伸的碳纳米 管而实现。所述碳纳米管膜可以为碳纳米管拉膜、碳纳米管碾压膜和碳纳米管絮化膜，所述 碳纳米管线可为一非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线，本实施例中所述第一碳纳米 管结构212为碳纳米管拉膜。请参阅图3，所述碳纳米管拉膜是由若干碳纳米管组成的自支撑结构。所述若干 碳纳米管沿同一方向择优取向延伸。该碳纳米管拉膜中大多数碳纳米管的整体延伸方向基 本朝同一方向。而且，所述大多数碳纳米管的整体延伸方向基本平行于碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场发射阴极结构，包括：一第一碳纳米管结构及一第二碳纳米管结构设置于所述第一碳纳米管结构的表面，该第二碳纳米管结构包括多个第二碳纳米管，且所述第二碳纳米管基本垂直于第一碳纳米管结构表面排列，其特征在于，所述第二碳纳米管结构在远离所述第一碳纳米管结构表面的一端形成至少一尖端，所述第二碳纳米管结构中的多个第二碳纳米管的长度沿远离所述尖端的顶端的方向逐渐缩短。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳鹏，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：11[]