专利名称：纳米复合SiC浆料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及丝网印刷制备复合纳米SiC薄膜用的浆料，尤其是纳米复 合SiC浆料及其制备方法。
背景技术：
SiC是Si和C唯一稳定的化合物。SiC晶体的机械性能仅次于纳米 SiC晶体。其抗腐蚀性非常强，在1500°C以下几乎不受作用于任何实验 溶剂。常压下不能将其融化，大于2100。C时升华，分解为Si和C蒸汽。 35个大气压下，2830°C时发现SiC的转熔点。SiC的饱和电子漂移速度 是Si的2倍，其介电常数仅高于纳米SiC晶体，略高于GaN，均低于Si 和GaAs等几种常用的半导体材料。因此SiC是一种非常好的半导体电子 材料。300K时SiC的热导率比GaAs高8-10倍，击穿场强大约是GaAs 或Si的10倍，而饱和电子漂移速度与GaAs相同。这些优越性是由于 Si-C原子间短键可产生高频晶格振动。SiC晶体中光学声子的能量可高达 100-120meV，从而导致高的饱和电子迁移率和高的热导率，它的热导率仅 次于纳米SiC晶体，是GaN的4-5倍。SiC高击穿场强与高的热导率的 结合，使SiC器件的功率承受能力大大提高，在高温大功率领域具有广阔 的应用前景。宽禁带可降低产生电荷的数这就决定了 SiC器件具有微波特 性，应用在高频器件具有很大潜力。
主要制备SiC薄膜的方法有升华法生长(Sublimation Growth)、液相 外延(Liquid Phase Epitaxy)、化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition)、分子束夕卜延(Molecular Beam Epitaxy)、溅射沉禾只(Sputtering deposition)。
但是这些生长方法都不能得到大面积均匀的纳米SiC薄膜。 纳米复合SiC浆料及其复合SiC薄膜未见报道。
发明内容
本发明目的是提供一种用于制备大面积场致电子发射阴极薄膜的纳
米复合SiC浆料，有了合适的浆料通过低成本的丝网印刷方法就能得到大 面积均匀的纳米SiC薄膜。
本发明的另一个目的是提供一种上述纳米复合SiC浆料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是
一种纳米复合SiC浆料，按重量份计算组成为
石墨 1-2份
SiC 4-5份
乙基纤维素 4-6份
溶剂 27-117份
其中溶剂是松油醇或乙酸丁脂。
一种纳米复合SiC浆料的制备方法，包括下列步骤
分别将石墨、SiC、和乙基纤维素研磨至粒度为10-100纳米作为原料 备用，然后将石墨、SiC、和乙基纤维素按l-2: 4-5: 4-6重量比例混合作 为溶质，按重量比1-3: 9将溶质加入溶剂中，超声分散5-7小时或至石墨、 SiC、和乙基纤维素在溶剂中充分分散，之后加热到370-400K温度充分搅 拌，再用400-450目数的筛过筛，然后自然冷却至室温即可。
其中过筛时在机械外力作用下使纳米SiC和纳米石墨均匀分布。
其中溶剂是松油醇或乙酸丁脂。
本发明中纳米复合SiC浆料中掺入纳米石墨，丝网印刷制备成纳米复合SiC薄膜时，石墨在纳米SiC晶体引起的能级，引起电子的通路减小了 电子必须隧穿的势垒，从而保持稳定的电子发射。导电衬底和纳米SiC晶
体之间粘接形成一个良好欧姆接触的界面层，该界面层的接触电阻很小，
电子极易由导电衬底通过隧穿效应进入到纳米SiC晶体的导带。当阴阳极
间加电场时，由于导电衬底和界面层的电阻很小，阴极的大部分电压加到
了纳米SiC晶体层两端，形成一个非常陡的电势差而产生内场发射，既是 进入纳米SiC晶体导带的电子在外电场的作用下射入真空。
具体实施例方式
本发明的纳米复合SiC浆料主要用于丝网印刷制备纳米SiC薄膜，其
具体制备方法如下
一、 纳米SiC和纳米石墨的研磨纳米颗粒很容易团聚成带有若干弱
连接界面的尺寸较大的团聚体，这将影响纳米SiC在薄铜片表面的均匀分 布，从而影响电子发射的均匀性，所以在浆料制备前分别将纳米SiC和纳
米石墨进行研磨，使其团聚体散开粒度变小。制浆剂乙基纤维素最好也进 行研磨。
二、 纳米SiC浆料的制备-
浆料配制工艺流程按3:4:4比例配比称量纳米石墨、纳米SiC、乙基 纤维素一充分搅拌均匀混合一加入溶剂一5-7小时超声分散一加热 (370K-400K)搅拌一过筛一冷却至室温。
纳米SiC容易团聚，其分散分三步进行第一步按3:4:4比例配比称量 纳米石墨、纳米SiC、乙基纤维素一充分搅拌均匀混合；第二步加入溶剂 超声波分散5-7小时，使团聚在一起的纳米SiC得到分拆。第三步然用(400 目以上)高目数的筛网进行过滤，过滤过程中机械地压碾糊状物。借助机 械外力以除去其中的大颗粒，并确保未得到良好分散的纳米SiC团聚物的 尺寸在机械外力作用下处于一个合适的尺度上，使纳米SiC均匀分布。三、丝网印刷制备纳米SiC薄膜
丝网印刷纳米SiC薄膜所用的网有金属丝网和涤纶丝网，可根据实际 印刷的需要确定丝网的质地和丝网目数。合适的丝网目数为300-400目， 印刷线条越精细，所需要的目数越高。印刷设备为自动或手动的丝网印刷 机。手动印刷机和自动印刷机的操作方式略有不同，但其原理相同，都是 用刮板(自动印刷机中称为印刷器)挤压纳米SiC浆料，使之通过丝网版 漏印到丝网下面的薄铜片上。在薄铜片上利用上述丝网印刷方法，将上述 掺有纳米石墨的纳米SiC浆料印刷在薄铜片上作为压力敏传感器阴极。
三、 印刷后的热烧结处理
由于未经热烧结处理的印刷纳米SiC薄膜中制浆材料包围在纳米SiC 晶体的周围，所以必须对其进行热烧结处理。热烧结处理有两个目的一 方面可以使薄膜干燥并牢固地粘结在或其它导电板上衬底上，另一方面可 以使薄膜中所含制浆材料分解蒸发掉。使纳米SiC微尖露出薄膜表面，才 有利于电子场发射。
热烧结曲线包括3个升温阶段、3个恒温阶段和1个降温阶段。第一 段的恒温主要是烘干纳米SiC薄膜，第二段的恒温主要是通过浆料本身的 表面张力的作用而使纳米SiC印刷层表面更加均匀和平整，是一个自修饰 过程。并使印刷层充分干燥。第三段的恒温过程是为了使干燥后的制浆材 料在593K高温下分解挥发。最后是自然降温过程。
四、 热烧结后的退火和机械后处理
将丝网印刷的纳米SiC薄膜放在退火炉中在氮气保护下，在温度为 580K-600K、时间为10-15min进行退火，使薄膜中含有的有机物质和杂质 挥发去除掉。然后采用机械后处理的方法去除纳米SiC薄膜表面的大颗粒， 使纳米SiC的微尖均匀分布在表面上，使纳米SiC薄膜具有均匀稳定的场 致发射特性。实施例1:
一种纳米复合SiC浆料及其制备方法，包括下列步骤
a、 纳米SiC、纳米石墨和乙基纤维素的研磨由于纳米颗粒容易团聚 成带有若干弱连接界面的尺寸较大的团聚体，这将影响纳米SiC在薄铜片 表面的均匀分布，从而影响电子发射的均匀性，所以在浆料制备前分别将
纳米SiC、纳米石墨、和乙基纤维素进行研磨至粒度为100纳米，使其团
聚体散开粒度变小。
b、 制备纳米SiC浆料分别取研磨好的纳米石墨15克、纳米SiC60 克、乙基纤维素60克混合作为溶质，按质量比l: 3将溶质加入溶剂松油 醇中，超声分散7小时至纳米SiC在松油醇中充分分散，然后加热到370K 温度充分搅拌，然后再用400目数的筛过筛，过筛时在机械外力作用下使 纳米SiC和纳米石墨均匀分布，自然冷却至室温待用；
c、 丝网印刷制备复合纳米SiC薄膜选择目数为400目数的金属丝网 或涤纶丝网，将上一步骤得到的纳米SiC浆料通过丝网印刷机进行丝网印 刷在薄铜板上；
d、 印刷后的热烧结处理热烧结曲线包括3个升温阶段、3个恒温阶 段和l个降温阶段。第一段的恒温主要是烘干纳米SiC薄膜，第二段的恒 温主要是通过浆料本身的表面张力的作用而使纳米SiC印刷层表面更加均 匀和平整，是一个自修饰过程。并使印刷层充分干燥。第三段的恒温过程 是为了使干燥后的制浆材料在高温下分解挥发。最后是自然降温过程。
e、 热烧结后的退火和机械后处理
置于退火炉中，在氮气保护下，在温度为580K、时间为12min条件 下进行退火；然后采用机械方法对纳米SiC薄膜表面进行处理即可。 实施例2:
a、将SiC、石墨、和乙基纤维素进行研磨至粒度为100纳米；
7b、取研磨好的纳米石墨30克、纳米SiC 90克、乙基纤维素90克混 合作为溶质，按质量比1: 4将溶质加入溶剂松油醇中，超声分散6小时 至纳米SiC在松油醇中充分分散，然后加热到400K温度充分搅拌，然后 再用450目数的筛过筛，过筛时在机械外力作用下使纳米SiC和纳米石墨 均匀分布，自然冷却至室温待用；
其余与实施例l相同。
实施例3:
a、 将SiC、石墨、和乙基纤维素进行研磨至粒度为90纳米；
b、 取研磨好的纳米石墨10克、纳米SiC 40克、乙基纤维素50克 混合作为溶质，按质量比1: 5将溶质加入溶剂松油醇中，超声分散8小 时至纳米SiC在松油醇中充分分散，然后加热到380K温度充分搅拌，然 后再用420目数的筛过筛，过筛时在机械外力作用下使纳米SiC和纳米石 墨均匀分布，自然冷却至室温待用-，
其余与实施例l相同。
权利要求
1、一种纳米复合SiC浆料，按重量份计算组成为石墨 1-2份SiC 4-5份乙基纤维素4-6份溶剂 27-117份
2、 如权利要求l所述的纳米复合SiC浆料，其特征在于 其中溶剂是松油醇或乙酸丁脂。
3、 一种纳米复合SiC浆料的制备方法，包括下列步骤 分别将石墨、SiC、和乙基纤维素研磨至粒度为10-100纳米作为原料备用，然后将石墨、SiC、和乙基纤维素按l-2: 4-5: 4-6重量比例混合作 为溶质，按重量比1-3: 9将溶质加入溶剂中，超声分散5-7小时或至石墨、 SiC、和乙基纤维素在溶剂中充分分散，之后加热到370-400K温度充分搅 拌，再用400-450目数的筛过筛，然后自然冷却至室温即可。
4、 如权利要求3所述的纳米复合SiC浆料的制备方法，其特征在于: 其中过筛时在机械外力作用下使纳米SiC和纳米石墨均匀分布。
5、 如权利要求3或4所述的纳米复合SiC浆料的制备方法，其特征于: 其中溶剂是松油醇或乙酸丁脂。
全文摘要
本发明涉及丝网印刷制备复合纳米SiC薄膜用的浆料，尤其是纳米复合SiC浆料及其制备方法，一种纳米复合SiC浆料，按重量份计算组成为石墨1-2份，SiC4-5份，乙基纤维素4-6份，溶剂27-117份，其制备方法，包括下列步骤分别将石墨、SiC、和乙基纤维素研磨至粒度为10-100纳米作为原料备用，按1-2∶4-5∶4-6重量比例混合作为溶质，按重量比1-3∶9加入溶剂中，超声分散至石墨、SiC、和乙基纤维素在溶剂中充分分散，之后加热到370-400K温度充分搅拌，再用400-450目数的筛过筛，然后自然冷却至室温即可。有了合适的浆料通过低成本丝网印刷方法就能得到大面积均匀的纳米SiC薄膜。
文档编号C04B35/565GK101475378SQ20081023381
公开日2009年7月8日 申请日期2008年12月15日 优先权日2008年12月15日
发明者炜 刘, 张秀霞, 王小娥, 雷崇民 申请人:北方民族大学