碳纳米管线尖端的制备方法及场发射结构的制备方法

专利名称：碳纳米管线尖端的制备方法及场发射结构的制备方法
技术领域：
本发明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。
背景技术：
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。

发明内容
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，本发明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。本发明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。本发明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。


图1是本发明实施例提供的碳纳米管线尖端的制作工艺流程图。图2是本发明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是由本发明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是由本发明实施例制备的锥形碳纳米管线尖端的发射性能图。图9是本发明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，采用本发明实施例制备的场发射结构的照片。图11是由本发明实施例制备出的256个场发射结构中的发射间隙的宽带统计图。图12是由本发明实施例制备出的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是采用由本发明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是采用由本发明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是采用由本发明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是由本发明实施例制备出的场发射结构的场发射电流及亮度图。图17是采用由本发明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，对本发明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，本发明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包括以下步骤(a)从上述碳纳米管阵列中选定一定宽 度的多个碳纳米管片断，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列以选 定一定宽度的多个碳纳米管束；(b)以一定速度沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向拉伸 多个该碳纳米管束，以形成一连续的碳纳米管膜。在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管束在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底的 同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管束分别与其他碳纳米管束首尾相连地连 续地被拉出，从而形成所述碳纳米管膜。该碳纳米管膜包括多个首尾相连且定向排列的碳 纳米管束。该碳纳米管膜中碳纳米管的排列方向基本平行于该碳纳米管膜的拉伸方向。(S113)通过施加机械外力处理所述碳纳米管膜形成所述碳纳米管线12。具体 地，可以通过机械力沿相反方向扭转所述碳纳米管膜的两端，以得到所述碳纳米管线12，使得该碳纳米管线12中的大多数碳纳米管绕该碳纳米管线12的轴向螺旋排列。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理所述碳纳米管线12。具体地，可将有机溶 剂浸润所述碳纳米管线12，在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的 碳纳米管线12中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使碳纳米管线12的比表面积减 小，密度及强度增大。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿， 本实施例中采用乙醇。另外，所述碳纳米管线12也可以为非扭转的碳纳米管线，该非扭转的碳纳米管线 包括多个沿该碳纳米管线轴向排列的碳纳米管。具体地，该非扭转的碳纳米管线是由多个 首尾相连的碳纳米管束组成的束状结构。所述相邻的碳纳米管束之间通过范德华力连接。 该碳纳米管束包括多个定向排列的碳纳米管。该非扭转的碳纳米管线可以从一碳纳米管阵 列中直接拉伸获得。所述碳纳米管线12及其制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的， 2008年8月20日公告的，公告号为CN100411979C的中国发明专利说明书；以及于2005年 12月16日申请的，2009年6月17日公告的，公告号为CN100500556C的中国发明专利说明书。步骤(S120)可以包括以下步骤(S121)将所述碳纳米管线12置于含有氧化性气 体的气氛中；以及(S122)采用扫描功率大于等于1瓦且小于10瓦和扫描速度小于200毫 米/秒的激光14扫描该碳纳米管线12的一预定位置124，直至该碳纳米管线12在该预定 位置IM断开成两部分。其中，所述扫描功率是指激光的实际输出功率；所述扫描速度是指 激光光斑的移动速度。步骤(S121)中的氧化性气体在所述含有氧化性气体的气氛中的体积百分比大于 25%。所述含有氧化性气体的气氛可以是纯的氧气，也可以是空气。本实施例中，所述含有 氧化性气体的气氛为空气。步骤(S122)为所述激光14垂直照射所述碳纳米管线12，所述碳纳米管线12固 定不动，通过程序控制所述激光14的扫描路径，使得激光14的光斑沿垂直于该碳纳米管线 12的直线方向移动，从而实现用激光14烧断所述碳纳米管线12。另外，还可以通过固定所 述激光14，使得所述碳纳米管线12沿垂直于该碳纳米管线的方向作直线运动，从而使得所 述激光14直射在该碳纳米管线12上，并烧断该碳纳米管线12。其中，所述激光14的扫描 功率优选为3. 6瓦 6瓦，所述扫描速度可以大于等于5毫米/秒，且小于等于100毫米/ 秒；优选地，该激光14的扫描速度为大于等于5毫米/秒，且小于等于10毫米/秒。所述 激光14可以是二氧化碳激光、半导体激光、紫外激光、钇铝石榴石(YAG)激光等任何形式的 激光，只要能产生加热的效果即可。本实施例中，控制YAG光纤激光器，使其发射的激光14以大约为3. 6瓦的扫描功 率垂直照射所述碳纳米管线12。固定所述激光14，然后使得所述碳纳米管线12沿垂直于 该碳纳米管线12的方向以5毫米/秒的速度作直线运动。该激光14扫描位于该碳纳米管 线12中间的预定位置124，位于该预定位置IM的碳纳米管线12能够获得激光14的能量， 使得该碳纳米管线12在该预定位置IM处的碳纳米管被氧化或蒸发，直至该处的碳纳米管 完全变成气体，使得该碳纳米管线12在该预定位置IM处烧断成两段。每段碳纳米管线12 具有所述碳纳米管线尖端122，所述碳纳米管线尖端122的圆锥角大约为14度。所述两个碳纳米管线尖端122之间的间距大于等于20微米，且小于等于30微米。其中，所述预定位 置122可以根据需要确定，只要在所述碳纳米管线12悬空设置的位置上即可。可以理解，所述两个碳纳米管线尖端122之间的间距还可以小于70微米，甚至小 于1微米。进一步，该两个碳纳米管线尖端122之间的间距大于15微米，且小于等于65微 米。当断开后的碳纳米管线12应用于场发射领域时，所述两个碳纳米管线尖端122之间的 距离越小，就越比较容易发射电子。请参阅图4至图7，所述锥形的碳纳米管线尖端122中的大部分碳纳米管的端部是 封闭的。所述锥形的碳纳米管线尖端122中的大部分碳纳米管基本相互平行。所述锥形碳 纳米管线尖端122的圆锥角小于等于17度，优选地，该碳纳米管线尖端122的圆锥角大于 等于12度，且小于等于15度。由此可知，由上述方法制备的锥形碳纳米管线尖端122的直 径非常小，该锥形碳纳米管线尖端122作为电子发射体容易出现电力线的汇聚，因而可以 拥有较大的电场强度，从而比较容易发射电子；因此，所述锥形的碳纳米管线尖端122具有 较好的发射性能，请参阅图8。另外，在该锥形的碳纳米管线尖端122中的大部分碳纳米管 线端部形成了闭口，有利于提高该锥形碳纳米管线尖端122的场发射稳定性。 可以理解，在所述激光14的扫描功率大于等于1瓦且小于10瓦时，当该激光14 的扫描速度大于等于200毫米/秒时，激光14能够扫描在所述碳纳米管线12上的几率就 比较小，从而使得预定位置1 处的碳纳米管获得的能量比较小，那么所述碳纳米管线12 就不容易烧断。因此，所述激光14的扫描速度应小于200毫米/秒。另外，在所述激光14 的扫描速度小于200毫米/秒时，当所述激光14的扫描功率大于10瓦时，所述碳纳米管线 12能够在预定位置IM迅速地获得较高的能量，使得该预定位置IM处的碳纳米管迅速被 氧化成气体或蒸发，从而使得该碳纳米管线12在该预定位置IM迅速被烧断，所述碳纳米 管线12在断开处可能会形成如图3所示的毛刺状的碳纳米管线尖端，而不能形成锥形碳纳 米管线尖端122。在所述激光14的扫描速度小于200毫米/秒时，当所述激光14的功率 小于1瓦时，所述碳纳米管线12在其预定位置IM处获得的能量就比较少，从而使得该碳 纳米管线12不容易断开；因此，当所述激光的功率为1瓦 10瓦，扫描速度小于200毫米 /秒时，所述碳纳米管线12可以在其断开处形成锥形的碳纳米管线尖端122。在该步骤(S 120)中不需要再增加其他步骤，如对所述碳纳米管线施加电压，只 需要通过所述激光照射就可以切断所述碳纳米管线。在上述条件下，所述激光14可以均勻 的照射所述碳纳米管线12的预定位置124，使得碳纳米管线12在预定位置IM处均勻受 热，所述氧化性气体会在该预定位置1 氧化该碳纳米管线12中的碳纳米管，从而使得该 碳纳米管线12在该预定位置IM处慢慢地、逐渐变细，直至烧断。可以理解，所述碳纳米管线12也可以置于二氧化碳气体、氮气、氩气等非氧化性 气体中。在该非氧化性气体中，所述碳纳米管线12在被激光14扫描的过程中，预定位置 124处的碳纳米管会被气化而蒸发掉，因此使得碳纳米管线12在预定位置IM处被烧断。本发明第二实施例提供一种制备多个碳纳米管线尖端的方法，该方法以下步骤 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烧断所述多个碳纳米管线，形成多个锥形碳纳米管线 尖端。具体地，当所述多个碳纳米管线平行排列时，使得该多个碳纳米管线与所述激光的光 斑沿垂直于该多个碳纳米管线的方向作相对运动，从而依次烧断该多个碳纳米管线。另外，当所述多个碳纳米管线呈阵列排列时，所述激光的光斑或所述多个碳纳米管线按照一预定 路径作相对运动，使得该多个碳纳米管线阵列中的所有碳纳米管线被烧断。请参阅图9，本发明实施例还提供一种制备场发射结构20的方法，该方法包括以 下步骤(S210)提供一碳纳米管线22、一第一电极沈以及一与该第一电极沈间隔设置 的第二电极观；(S220)将所述碳纳米管线22分别固定于所述第一电极沈及所述第二电极观； 以及(S230)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M烧断所述碳纳米管线22，且在碳纳米管线22的断开处形成一锥形碳纳米管线尖 端 222。在步骤(S210)中，所述碳纳米管线22的结构与本发明实施例提供的碳纳米管线 尖端的制备方法中的碳纳米管线12的结构相同。所述第一电极沈及第二电极28之间的间距大约为300微米 500微米。所述第 一电极26及第二电极观由导电材料制成，如铜、钨、金、钼、钼、导电浆料等。该第一电极沈 及第二电极观的形状可依实际需要设计，如锥形、细小的柱形或者圆台形。所述第一电极 26也可为形成在一绝缘基底上的导电薄膜。本实施例中，所述第一电极沈为阴极。所述第二电极观为阳极，且该阳极表面设 置有荧光层。该阴极及阳极均由导电浆料组成，且该导电浆料的成分包括金属粉、低熔点玻 璃粉和粘结剂。其中，该金属粉优选为银粉，该粘结剂优选为松油醇或乙基纤维素。该导电 浆料中，金属粉的重量比为50 90%，低熔点玻璃粉的重量比为2 10%，粘结剂的重量 比为10 40%。所述荧光层的材料包括高压荧光粉及低压荧光粉。该荧光层可以采用沉 积法或涂敷法设置在所述阳极的表面。该荧光层厚度为5微米 50微米。步骤(S220)为将所述碳纳米管线22的一端固定于所述第一电极沈，另一端固定 于所述第二电极观。其中，所述碳纳米管线22可以通过一导电胶分别固定于所述第一电极 26及第二电极28，也可以通过分子间力或者其他方式实现。本实施例中，所述碳纳米管线 22通过导电银胶分别固定于所述第一电极沈及第二电极观。步骤(S230)与本发明实施例提供的碳纳米管线尖端的制备方法中的步骤(S 120)基本相同。该步骤(S230)包括以下步骤(S231)将分别固定于所述第二电极观及第 一电极沈的碳纳米管线22置于含有氧化性气体的气氛中；以及(S232)以扫描功率大于等 于1瓦，且小于10瓦，及扫描速度小于200毫米/秒的激光M扫描该碳纳米管线22的一 预定位置224，该预定位置2M优选靠近所述第二电极观，直至该碳纳米管线在该预定位置 224断开，形成一发射体226 ；该发射体226固定于所述第一电极沈，且具有一锥形碳纳米 管线尖端222，从而形成所述场发射结构20。其中，所述锥形的碳纳米管线尖端222包括多 个端部闭口的碳纳米管。该多个碳纳米管的端部闭口有助于提高该发射体2 的发射稳定 性。所述碳纳米管线尖端222的圆锥角小于等于17度；优选地，该碳纳米管线尖端122的 圆锥角大于等于12度，且小于等于15度。所述激光M的扫描功率优选为3. 6瓦 6瓦。 所述扫描速度可以为5毫米/秒 100毫米/秒；优选地，该激光14的扫描速度为5毫米 /秒 10毫米/秒。
当采用YAG光纤激光器在表1中所述的激光扫描的条件下均可以烧断所述碳纳米 管线，从而形成所述发射体及场发射结构。其中，在表1的条件下得到的发射体及场发射结 构可以参阅图10。表1激光扫描的条件
编号abCdefghi扫描功率(瓦)3. 63. 666669. 69. 69. 6扫描速度(毫米/秒)5105105010051050所述碳纳米管线22在经过所述激光M烧断后，形成两个碳纳米管线尖端，一个碳 纳米管线尖端为所述发射体2 的发射尖端，另一个碳纳米管线尖端与所述第二电极观电 连接。所述发射体2 与所述第二电极观之间的最短的间距小于等于65微米，优选地，两 者之间的最短的间距大于15微米，且小于等于65微米。其中，设置于所述第二电极观上 的碳纳米管线尖端与该第二电极观电连接，所以该固定于第二电极观上的碳纳米管线尖 端相当于该场发射结构的第二电极。本实施例中，由于所述第一电极沈为阴极，所述第二 电极观为阳极，当分别对所述阴极与阳极施加一电压时，由于所述发射体226的碳纳米管 线尖端222与所述阳极上的碳纳米管线尖端之间的间距比较小，所述阴极与阳极上的碳纳 米管线尖端之间将会形成较大的电势差，从而电子比较容易通过所述发射体226的碳纳米 管线尖端222发射出来并轰击到阳极表面的荧光层上，使得该荧光层发光。所以，所述阳极 上即使施加比较低的电压，也可以保证所述场发射结构20正常工作。因此，所述发射体226 与所述阳极之间的最短的间距一般是指设置于第二电极观的碳纳米管线尖端与所述发射 体226的碳纳米管线尖端之间的距离。可以理解，本发明实施例还可以提供制备多个场发射结构20的方法，该方法包 括提供多个碳纳米管线22、多个第一电极沈以及多个第二电极观，且该多个第一电极沈 与该多个第二电极观一一对应且间隔设置；将所述多个碳纳米管线22固定于所述多个第 一电极26及所述多个第二电极观；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M烧断所述多个碳纳米管线22，且在每个碳纳米管线22 的断开处形成一锥形碳纳米管线尖端222，从而形成多个场发射结构20。其中，当该多个场 发射结构20用于显示器件中时，所述多个第一电极沈与其对应的第二电极观及碳纳米管 线22呈阵列排列，所述激光M按照预定的路径扫描所述多个碳纳米管线22直至每个碳纳 米管线22断开；从而形成场发射结构阵列。因此，上述方法可以实现批量生产场发射结构 20。本实施例中，提供256条碳纳米管线22，256个阴极和256个阳极。其中，一个阴 极、一个阳极及一条碳纳米管线22组成一个场发射结构前驱体。该场发射结构前驱体中的 阴极与阳极间隔设置，且碳纳米管线22固定于该阴极与阳极。即，本实施例提供256个场 发射结构前驱体。该256个场发射结构前驱体按照16X16的阵列方式排列。然后，仅采用 扫描功率为3. 6瓦，扫描速度为5毫米/秒的激光按照预设的路线扫描所述256条碳纳米管线，使得该条碳纳米管线断开，从而形成256个、按照16X 16的阵列方式排列的场发射结 构20。请参阅图11及图12，该256个场发射结构20中的发射体的碳纳米管线尖端222 的圆锥角的分布是相对集中的，该碳纳米管线尖端222与阳极上的碳纳米管线尖端之间的 间距的分布也是相对集中的；因此，所述发射体的碳纳米管线尖端222能够均勻的发射电 子。另外，阴极与阳极上的碳纳米管线尖端之间的间距小于等于65微米，施加电压之后，碳 纳米管线尖端222可以在较低的电压下发射电子，使得所述阴极上的碳纳米管线尖端222 比较容易发生电流；所以，即使阳极上施加较小的电压，所述发射体的碳纳米管线尖端222 也能够发射电子。请参阅图13至图15，当所述256个场发射结构20作为16 X 16像素单元应用于显 示装置时，所述碳纳米管线尖端222的场发射增强因子分布比较集中；场发射电流和亮度 虽然呈指数分布，但大多数还是落在一个比较小的范围。请参阅图16，所述场发射结构20 的场发射电流和亮度都是比较稳定的，虽然场发射电流在电子发射初始阶段表现出一个明 显的衰减，但最终能够趋于稳定。另外，从图17可以看出当采用本发明实施例提供的场发 射结构20作为显示装置的像素单元时，通过控制电路可以使该显示装置显示动态图像。因 此，所述碳纳米管线尖端222可以在场发射器件中正常的工作。本发明实施例提供的碳纳米管线尖端的制备方法能够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 体的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。本发明提供的制备方法可以批量生产所述碳纳米管线尖端。由该方法 制备的碳纳米管线尖端用作电子发射体的尖端时，能够均勻的发射电子，发射性能比较稳 定，而且可以正常工作。本发明实施例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。另外，由本发 明实施例提供的制备场发射结构的方法可以批量生产场发射结构；该场发射结构的发射性 能比较稳定，而且可以正常工作。另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，这些依据本发明精神 所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
1.一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。
2.如权利要求1所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述仅采用扫描功 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的 步骤包括所述激光以大于等于1瓦且小于10瓦的扫描功率垂直照射所述碳纳米管线，并在 垂直于该碳纳米管线的方向以小于200毫米/秒的速度直线扫描该碳纳米管线。
3.如权利要求1所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述形成锥形碳纳 米管线尖端的步骤包括将所述碳纳米管线置于含有氧化性气体的气氛中；以及采用扫描 功率大于等于ι瓦且小于10瓦，及扫描速度小于200毫米/秒的激光扫描该碳纳米管线的 一预定位置，直至该碳纳米管线在该预定位置断开成两部分。
4.如权利要求3所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管线在 该预定位置断开成两部分之后，每一部分碳纳米管线都具有所述锥形碳纳米管线尖端。
5.如权利要求4所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述锥形碳纳米管 线尖端的圆锥角大于等于10度，且小于等于17度。
6.如权利要求3所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述激光的扫描功 率大于等于3. 6瓦，且小于等于6瓦。
7.如权利要求3所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述激光的扫描速 度大于等于5毫米/秒，且小于等于100毫米/秒。
8.如权利要求1所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管线包 括多个碳纳米管，该多个碳纳米管沿该碳纳米管线的轴向排列或螺旋延伸排列。
9.如权利要求1所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述锥形碳纳米管 线尖端包括多个闭口的碳纳米管。
10.如权利要求1所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述碳纳米管线的 直径为0. 5纳米至100微米。
11.一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。
12.如权利要求11所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，当所述多个碳纳 米管线平行排列时，所述形成多个锥形碳纳米管线尖端的步骤包括所述激光垂直照射所 述多个碳纳米管线，且于垂直于该多个碳纳米管线的方向上于该多个碳纳米管线作相对运 动，从而依次烧断该多个碳纳米管线。
13.如权利要求11所述的碳纳米管线尖端的制备方法，其特征在于，所述多个碳纳米 管线呈阵列排列。
14.一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。
15.如权利要求14所述的场发射结构的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管线分 别固定于所述第一电极及第二电极的步骤包括将所述碳纳米管线的一端通过导电胶固定 于所述第一电极；以及将所述碳纳米管线的另一端通过导电胶固定于所述第二电极。
16.如权利要求14所述的场发射结构的制备方法，其特征在于，所述形成锥形碳纳米 管线尖端的步骤包括将分别固定于所述第一电极及第二电极的碳纳米管线置于含有氧化 性气体的气氛中；以及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 /秒的激光扫描该碳纳米管线的一预定位置，直至该碳纳米管线在该预定位置断开，形成一 发射体，该发射体固定于所述第一电极且具有所述锥形碳纳米管线尖端。
17.如权利要求14所述的场发射结构的制备方法，其特征在于，所述激光的扫描功率 大于等于3. 6瓦，且小于等于6瓦。
18.如权利要求14所述的场发射结构的制备方法，其特征在于，所述扫描速度大于等 于5毫米/秒，且小于等于100毫米/秒。
19.如权利要求14所述的场发射结构的制备方法，其特征在于，所述锥形碳纳米管线 尖端包括多个闭口的碳纳米管。
全文摘要
本发明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。本发明还提供一种场发射结构的制备方法。
文档编号H01J9/02GK102082051SQ201010616298
公开日2011年6月1日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者周段亮, 柳鹏, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司