碳纳米管线尖端的制备方法及场发射结构的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种碳纳米管线尖端的制备方法，其包括：提供一碳纳米管线；以及仅采用扫描功率大于等于１瓦且小于１０瓦，及扫描速度小于２００毫米／秒的激光烧断所述碳纳米管线，形成一锥形碳纳米管线尖端。本发明专利技术还提供一种场发射结构的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种碳纳米管线尖端的制备方法以及具有该碳纳米管线尖端的场发 射结构的制备方法。
技术介绍
场发射电子源在低温或者室温下工作，与电真空器件中的热发射电子源相比具有 能耗低、响应速度快、单色性好、电流密度大以及吸放气少等优点，因此用场发射电子源替 代电真空器件中的热发射电子源成为了人们研究的一个热点。碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是一种新型碳材料，由日本研究人员Iijima 在 1991 年发现，请参见〃 Helical Microtubules of Graphitic Carbon “，S. Iijima， Nature, vol.354, p56(1991)。碳纳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，且其具有几乎接近理论极限的尖端表面积(尖端表面积愈小，其局部电场愈集 中)，因而碳纳米管在场发射真空电子源领域具有潜在的应用前景。目前的研究表明，碳纳 米管是已知的最好的场发射材料之一，它的尖端尺寸只有几纳米至几十纳米，具有低的开 启电压，可传输极大的电流密度，并且电流稳定，使用寿命长，因而非常适合作为一种极佳 的电子源，应用到场发射显示器中。然而，碳纳米管为一微观结构，比较难于应用到各种领域中。宏观的碳纳米管结构 相对比较容易进行实际应用。但，如何得到发射性质优良的宏观的碳纳米管场发射体是碳 纳米管场发射应用的一个重要环节。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种可以用于发射电子的碳纳米管线尖端的制备方法， 以及应用该碳纳米管线尖端的场发射结构的制备方法。一种碳纳米管线尖端的制备方法，其包括提供一碳纳米管线；以及仅采用扫描 功率大于等于ι瓦且小于10瓦，及扫描速度小于200毫米/秒的激光烧断所述碳纳米管线， 且形成一锥形碳纳米管线尖端。—种碳纳米管线尖端的制备方法，其包括提供多个碳纳米管线；以及仅采用扫 描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及扫描速度小于200毫米/秒的激光按照一预定路线依 次烧断所述多个碳纳米管线，形成多个锥形碳纳米管线尖端。一种场发射结构的制备方法，其包括提供一碳纳米管线、一第一电极以及一与该 第一电极间隔设置的第二电极；将所述碳纳米管线的两端分别固定于所述第一电极及第二 电极；以及仅采用扫描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及扫描速度小于200毫米/秒的激 光烧断所述碳纳米管线，且在碳纳米管线的烧断处形成一锥形碳纳米管线尖端。与现有技术相比较，本专利技术提供的碳纳米管线尖端的制备方法可以比较容易地制 备出锥形的碳纳米管线尖端，该锥形的碳纳米管线尖端可以作为电子发射体的尖端，使得 该电子发射体点尖端表面会出现电力线的汇聚，从而拥有较大的电场强度，进而使得所述发射体中的电子比较容易逸出。本专利技术提供的碳纳米管线尖端的制备方法可以实现批量制 备所述碳纳米管线尖端。本专利技术提供的场发射结构的制备方法使得场发射结构的制造工序 更加简单，而且电子发射体的尖端和其他电极之间的距离更容易控制。附图说明图1是本专利技术实施例提供的碳纳米管线尖端的制作工艺流程图。图2是本专利技术实施例采用的碳纳米管线的扫描电镜照片。图3是具有毛刺状的碳纳米管线尖端的透射电镜照片。图4是由本专利技术实施例提供的断开的碳纳米管线的扫描电镜照片，且该断开的碳 纳米管线具有一锥形碳纳米管线尖端。图5是图4中的锥形碳纳米管线尖端的扫描电镜放大照片。图6是图4中的锥形碳纳米管线尖端的扫描电镜照片。图7是图4中的锥形碳纳米管线尖端的高倍透射电镜照片。图8是由本专利技术实施例制备的锥形碳纳米管线尖端的发射性能图。图9是本专利技术实施例提供的场发射结构的制备工艺流程图。图10是在不同的条件下，采用本专利技术实施例制备的场发射结构的照片。图11是由本专利技术实施例制备出的256个场发射结构中的发射间隙的宽带统计图。图12是由本专利技术实施例制备出的256个场发射结构中的发射体的锥形碳纳米管 线尖端圆锥角的统计图。图13是采用由本专利技术实施例制备出的场发射结构作为16X16像素单元的场发射 增强因子统计图。图14是采用由本专利技术实施例制备出的场发射结构作为16X16像素单元的场发射 电流统计图。图15是采用由本专利技术实施例制备出的场发射结构作为16X16像素单元的场发射 亮度统计图。图16是由本专利技术实施例制备出的场发射结构的场发射电流及亮度图。图17是采用由本专利技术实施例制备出的场发射结构的显示装置的显示照片。主要元件符号说明碳纳米管线12 ;22碳纳米管线尖端 122 ；222激光14 ;24预定位置1 ； 2 发射体2 第一电极26第二电极28具体实施例方式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线尖端的制备方法及应 用该碳纳米管线尖端的场发射结构的制备方法作进一步的详细说明。请参阅图1，本专利技术提供一种碳纳米管线尖端的制备方法。该方法包括以下步骤(SllO)提供一碳纳米管线12 ；以及(S120)仅采用扫描功率大于等于1瓦且小于10瓦，及扫描速度小于200毫米/ 秒的激光14烧断所述碳纳米管线，且形成一锥形碳纳米管线尖端122。请参阅图2，所述碳纳米管线12包括多个绕该碳纳米管线轴向螺旋排列的碳纳米 管。具体地，该碳纳米管线12包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力 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、均勻性及形状。该碳纳米管线12长度不限，直径为 0. 5纳米 100微米。进一步地，该碳纳米管线12的直径可以为0. 5微米 50微米。本 实施例中，该碳纳米管线12的直径大约为5微米。该碳纳米管线12可以通过以下步骤制 备(Slll)提供一碳纳米管阵列，该碳纳米管阵列形成于一基底，优选地，该碳纳米 管阵列为超顺排碳纳米管阵列。所述碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列及多壁碳纳米管阵列 中的一种。该碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括(a)，提供 一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底，本实施例中 采用4英寸的硅基底；(b)，在所述基底表面均勻形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用 铁0 )、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)，将上述形成有催化剂层的基底在 7000C 900°C的空气中退火约30分钟 90分钟；以及(d)，将处理过的基底置于反应炉 中，在保护气体环境下加热到500°C 740°C，然后通入碳源气体反应约5分钟 30分钟， 生长得到碳纳米管阵列，其高度为100微米左右。该碳纳米管阵列为一纯超顺排碳纳米管 阵列，且包括多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管。该超顺排碳纳米管阵列与所述 基底面积基本相同。通过上述控制生长条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如 无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。所述碳源气可选用乙炔、乙烯、甲烷等化学性质较活泼的碳氢化合物。所述保护气 体为氮气或惰性气体。本实施例中，所述碳源气为乙炔；所述保护气体为氩气。可以理解，所述碳纳米管阵列不限于上述制备方法，也可为石墨电极恒流电弧放 电沉积法、激光蒸发沉积法等等。(S112)采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取碳纳米管获得一碳纳米管膜。该碳纳米管膜的制备具体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纳米管线尖端的制备方法，其包括：提供一碳纳米管线；以及仅采用扫描功率大于等于１瓦且小于１０瓦，及扫描速度小于２００毫米／秒的激光烧断所述碳纳米管线，形成一锥形碳纳米管线尖端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳鹏，周段亮，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[]