专利名称：碳纳米管浆料的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种碳纳米管浆料的制备方法。
背景技术：
场发射阴极是场发射器件的重要元件。场发射阴极的制备方法通常为将阴极浆料印刷在阴极电极表面，再通过后续处理方法使阴极发射体从阴极浆料中露出头来。以碳纳米管浆料为例，其制备方法包括在有机溶剂(通常为无水乙醇)中超声分散碳纳米管形成第一混合液；在有机溶剂(通常为无水乙醇)中超声分散玻璃粉和氧化铟锡颗粒形成第二混合液；将所述第一混合液、第二混合液以及有机载体混合形成一混合物； 以及在室温下蒸发除去有机溶剂。然而，由于现有技术中碳纳米管浆料在制备过程中通常采用球磨的方法将碳纳米管截断的，采用上述方法得到的碳纳米管的长度分布很不均勻。若碳纳米管的长度过长，则阴极浆料构成的阴极发射体中的碳纳米管之间产生的电磁屏蔽效应会增加器件的工作电压，降低显示图案的明亮均勻性。另外，若碳纳米管长度过短，例如小于1微米，则碳纳米管的长径比就会减小，这样阴极浆料构成的阴极发射体中的碳纳米管的场发射能力就会降低。因此，如何获得长度均勻的碳纳米管是提高碳纳米管浆料构成的阴极发射体的场发射性能的关键问题之一。
发明内容
综上所述，确有必要提供一种方法简单且获得的碳纳米管浆料具有较好场发射性能的碳纳米管浆料的制备方法。一种碳纳米管浆料的制备方法，其包括以下步骤提供一碳纳米管阵列，其生长于一基底；采用激光扫描该碳纳米管阵列使碳纳米管阵列中碳纳米管被截短并具有均勻的高度；将激光截短后的碳纳米管阵列从基底上剥离得到长度均勻的碳纳米管；将所述长度均勻的碳纳米管、无机粘结剂以及有机载体混合形成碳纳米管浆料。与现有技术相比，本发明提供的碳纳米管浆料制备方法采用激光截短碳纳米管阵列，由于激光处理碳纳米管阵列方法简单，且可以得到具有均勻长度的碳纳米管，采用该种均勻长度的碳纳米管制备碳纳米管浆料可以使碳纳米管浆料获得良好的场发射性能。
图1为本发明实施例提供的激光的功率为3W，扫描速度为20毫米/秒时得到的截短后的碳纳米管阵列的扫描电子显微镜(SEM)照片。图2为本发明实施例提供的激光的功率为3W，扫描速度为20毫米/秒时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图3为本发明实施例提供的激光的功率为3. 6W，扫描速度为20毫米/秒时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。
图4为本发明实施例提供的激光的功率为3. 6W，扫描速度为20毫米/秒时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大SEM照片。图5为本发明实施例提供的激光的功率为4. 2W，扫描速度为20毫米/秒时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图6为本发明实施例提供的激光的功率为4. 2W，扫描速度为20毫米/秒时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图7为本发明实施例提供的激光的扫描速度为80毫米/秒，扫描次数为1次，功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图8为本发明实施例提供的激光的扫描速度为80毫米/秒，扫描次数为1次，功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图9为本发明实施例提供的激光的扫描速度为60毫米/秒，扫描次数为1次，功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图10为本发明实施例提供的激光的扫描速度为60毫米/秒，扫描次数为1次，功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图11为本发明实施例提供的激光的扫描速度为40毫米/秒，扫描次数为1次，功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图12为本发明实施例提供的激光的扫描速度为40毫米/秒，扫描次数为1次，功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图13为本发明实施例提供的激光的扫描速度为20毫米/秒，扫描次数为1次，功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图14为本发明实施例提供的激光的扫描速度为20毫米/秒，扫描次数为1次，功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图15为本发明实施例提供的激光的平移周期为5微米，扫描速度为20毫米/秒， 功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图16为本发明实施例提供的激光的平移周期为5微米，扫描速度为20毫米/秒， 功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图17为本发明实施例提供的激光的平移周期为10微米，扫描速度为20毫米/秒， 功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图18为本发明实施例提供的激光的平移周期为10微米，扫描速度为20毫米/秒， 功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图19为本发明实施例提供的激光的平移周期为15微米，扫描速度为20毫米/秒， 功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图20为本发明实施例提供的激光的平移周期为15微米时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图21为本发明实施例提供的激光的平移周期为20微米时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图22为本发明实施例提供的激光的平移周期为20微米时得到的截短后的碳纳米管阵列的局部放大的SEM照片。图23为本发明实施例提供的激光的平移周期为8微米，扫描速度为20毫米/秒，
5激光功率为4. 2瓦时得到的截短后的碳纳米管阵列的SEM照片。图24为本发明实施例提供的截短过程中的碳纳米管阵列的SEM照片。图25为本发明实施例提供的碳纳米管浆料的SEM照片。图26为本发明实施例提供的原始碳纳米管浆料的SEM照片。图27为本发明实施例提供的原始碳纳米管浆料和本发明碳纳米管浆料的场发射特性对比示意图。
具体实施例方式以下将结合附图详细说明本发明实施例提供的碳纳米管浆料的制备方法。本发明实施例提供一种碳纳米管浆料的制备方法，其具体包括以下步骤 SlO 提供一碳纳米管阵列，其生长于一基底上；
S20 采用激光截短该碳纳米管阵列使碳纳米管阵列中碳纳米管具有均勻的长度；
S30 将激光截短后的碳纳米管阵列从基底上剥离得到长度均勻的碳纳米管；
S40 将所述长度均勻的碳纳米管、无机粘结剂以及有机载体混合形成碳纳米管浆料。步骤SlO中，所述碳纳米管阵列包括多个大致沿其同一个生长方向排列的碳纳米管。在这里还需要进一步说明的是，所述“大致”的意思是由于碳纳米管在生长过程中受各种因素的制约，如碳源气气流的流动速度不一致，碳源气的浓度不均勻以及催化剂的不平整，不可能也不必使碳纳米管阵列中的每根碳纳米管完全沿其生长方向排列，即每根碳纳米管完全平行，碳纳米管阵列中的多个碳纳米管的长度也不必完全相等。所述碳纳米管阵列形成于一基底，所述碳纳米管阵列的生长方向基本垂直于所述基底的表面。所述碳纳米管阵列由纯碳纳米管组成。所谓“纯碳纳米管”是碳纳米管未经过任何化学修饰或功能化处理。本实施例中所述碳纳米管阵列为超顺排碳纳米管阵列。所述超顺排碳纳米管阵列可为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列或多壁碳纳米管阵列。所述超顺排碳纳米管阵列为由多个彼此大致平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的碳纳米管阵列。本实施例中， 超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，所述生长超顺排碳纳米管阵列的方法包括以下步骤
步骤SlOl，提供一具有平整表面的基底。所述基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底。所述基底的形状可以为圆形也可以为方形，还可以为无规则的任意形状。本实施例优选地采用直径为4英寸的圆形硅基底。步骤S102，在基底的至少一平整表面均勻形成一催化剂层。该催化剂层的制备可通过热沉积法、电子束沉积法或溅射法实现。所述催化剂层的材料可选用铁(Fe )、钴(Co )、 镍(Ni)或其任意组合的合金之一，本实施例中采用铁为催化剂。步骤S103，将上述形成有催化剂层的基底在70(T900° C的空气中退火约30分钟 90分钟。步骤S104，将处理过的基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到 500^740° C。然后通入碳源气体反应约5 30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列，其高度为10(Γ400微米。所述碳源气可选用乙炔、乙烯、甲烷等碳氢化合物。本实施例中所述碳源气为乙炔，所述保护气体为氩气，所得碳纳米管阵列生长高度为150微米。通过控制上述生长条件，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。该碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。在步骤S20中，采用一激光束沿平行于该碳纳米管阵列中的碳纳米管的长轴方向逐行扫描该碳纳米管阵列。采用激光扫描碳纳米管阵列时，激光束的照射方向为沿着平行于碳纳米管阵列中的碳纳米管的长轴方向照射。亦即，所述激光束基本垂直于所述基底照射于所述碳纳米管阵列上。所述激光束由一激光装置产生，该激光装置包括固体激光器、液体激光器、气体激光器及半导体激光器中的一种。本实施例中，该激光装置为固体激光器。该固体激光器发射出脉冲激光。该激光装置照射形成一个光斑，该光斑的直径为1微米飞微米。所述激光的功率密度大于等于12 X IO11瓦特/平方米，可确保碳纳米管阵列被激光照射后形成的沟槽的底部具有一定的宽度，且沟槽底部的碳纳米管的高度均勻，具有高度一致性。为了更明确的说明激光器与碳纳米管之间的工作模式，在此定义一平行于碳纳米管阵列表面的任意一方向为X方向。为使激光束照射碳纳米管阵列，可使该碳纳米管阵列与该激光束相对运动，从而使该激光束沿X方向在该碳纳米管阵列的表面移动，在该碳纳米管阵列表面形成至少一扫描行。该激光束沿X方向在该碳纳米管阵列表面移动时，激光沿X方向烧蚀减短该碳纳米管阵列中的碳纳米管。激光束沿X方向扫描结束形成一扫描行后，使激光束相对于碳纳米管阵列沿垂直于X方向的一 Y方向平移一段距离，之后保持激光束在Y方向的位置不变，使激光束相对于碳纳米管阵列继续沿X方向平移，从而使激光束在碳纳米管阵列表面沿多个扫描行进行扫描。该激光束与碳纳米管阵列相对运动时，可以采用下列方式进行，例如保持该激光束固定不动，通过移动该碳纳米管阵列实现；或者，固定该碳纳米管阵列不动，通过移动该激光束实现。该激光装置可整体相对于该碳纳米管阵列平移，或者仅通过改变激光装置出光部的出光角度，实现发射的激光束形成的光斑在该碳纳米管阵列表面的位置变化。激光束沿扫描行相对于碳纳米管阵列移动的速度即为激光的扫描速度。该多个扫描行可等间隔排列且基本平行。激光束沿Y方向相对于碳纳米管阵列平移的距离即为激光的平移周期。所述扫描次数为1次的含义为当激光束沿Y方向的位置保持不变，沿X方向移动时，激光束仅沿X方向照射该碳纳米管阵列一次。由于碳纳米管对激光具有良好的吸收特性，碳纳米管阵列中远离基底的一端与氧气充分接触，在氧气和激光的共同作用下，碳纳米管阵列远离基底的一端与氧气发生反应生成碳氧化物而被烧蚀去除，碳纳米管阵列被截短。所述碳氧化物为一氧化碳或者二氧化碳。可以理解，激光的功率越大、扫描速度越慢以及平移周期越小则碳纳米管阵列吸收的激光的能量越大，在氧气作用下，碳纳米管阵列中远离基底的一端被烧蚀而去除的部分越多， 被截短的碳纳米管阵列的高度越低，因此，可以通过控制该激光的扫描速度，以及激光的功率和平移周期来控制被截短的碳纳米管阵列的高度。选用不同功率的激光照射碳纳米管阵列，对被截短的碳纳米管阵列的形貌影响不同。优选地，所述激光的功率大于等于3W。激光功率越大，所述被截短的碳纳米管阵列的高度越低，且扫描一次之后，被截短的碳纳米管阵列沿垂直于所述碳纳米管延伸方向的横截面积越大。更优选地，所述激光的功率大于等于3. 6W。更优选地，所述激光的功率大于等于 4. 2W。进一步地，本发明分别采用不同功率、不同扫描速度、不同扫描周期的激光照射高度为150微米的碳纳米管阵列，以验证激光照射对被截短碳纳米管阵列高度以及均勻性的影响。请参阅图1和图2可知，当激光的功率为3W，扫描速度为20毫米/秒时，激光沿碳纳米管阵列表面的某一扫描行扫描结束后，在碳纳米管阵列上形成一沟槽。该沟槽底部的碳纳米管的高度约为14微米，该沟槽底部的宽度约为5微米。请参阅图3和图4，当激光的功率为3. 6 W，扫描速度为20毫米/秒时，激光沿碳纳米管阵列的某一扫描行扫描结束后，在碳纳米管阵列上形成一沟槽，该沟槽底部的碳纳米管的高度约为11微米，该沟槽底部的宽度约为10微米。请参阅图5和图6，当激光的功率为4. 2 W，扫描速度为20毫米/秒时，激光沿碳纳米管阵列的某一扫描行扫描结束后，在碳纳米管阵列上形成一沟槽，该沟槽的底部的碳纳米管的高度约为9微米，该沟槽底部的宽度约为13微米。由此可知，随着激光功率的增加，激光截短碳纳米管阵列后被截短的碳纳米管的高度逐渐变小，沟槽底部的宽度越大， 即被截短的碳纳米管阵列沿垂直于所述碳纳米管延伸方向的横截面积越大。可以理解，沟槽底部的宽度越大，越容易获得高度均勻的碳纳米管阵列，同时更有利于提高制备效率。因此，如果激光功率过小，将难以通过激光照射得到均勻长度的碳纳米管。另外，如果激光功率较大时，可通过增加原始碳纳米管阵列的高度来避免激光将整个碳纳米管阵列烧穿。激光的扫描速度不同对被截短的碳纳米管阵列的形貌影响不同。优选地，所述激光的扫描速度小于等于80毫米/秒。更优选地，所述激光的扫描速度小于等于80毫米/ 秒且大于等于20毫米/秒。请参阅图7至图14，为当激光的功率固定为4. 2瓦、扫描次数固定为1次，仅沿一扫描行扫描时，采用不同的扫描速度处理碳纳米管阵列后的SEM照片。 请参阅图7和图8，当激光的扫描速度为80毫米/秒时，被截短碳纳米管阵列的高度为18 微米左右，所形成沟槽底部的宽度为10微米左右。请参阅图9和图10，当激光的扫描速度为60毫米/秒时，被截短碳纳米管阵列的高度为15微米左右，所形成沟槽底部的宽度为7 微米左右。请参阅图11和图12，当激光的扫描速度为40毫米/秒时，被截短碳纳米管阵列的高度为10微米左右，所形成沟槽底部的宽度为15微米左右。请参阅图13和图14，当激光的扫描速度为40毫米/秒时，被截短碳纳米管阵列的高度为8微米左右，所形成沟槽底部的宽度为18微米左右。由图7至图14可知，随着激光扫描速度的降低，被截短后的碳纳米管阵列高度逐渐变小，且沟槽底部的碳纳米管的形貌更趋于规则，即被截短后的碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度较均勻。并且，随着激光扫描速度的降低，截短后形成的沟槽底部逐渐变宽，该沟槽逐渐由V型槽逐渐变成U型槽。随着激光扫描速度的降低，截短后的碳纳米管的高度逐渐变低是由于激光扫描速度越低，单位时间里碳纳米管吸收的激光的能量越多，则碳纳米管与氧气越容易发生反应生成碳氧化物而被去除。随着激光扫描速度的降低，截短后形成的沟槽底部逐渐变宽，该沟槽逐渐由V型槽变成U型槽，是由于当激光照射在碳纳米管阵列表面时，该碳纳米管阵列远离基底的一端与氧气充分接触，因此碳纳米管阵列远离基底的一端易于与氧气发生反应而被烧蚀的比较多，碳纳米管阵列越靠近基底的部分与氧气接触的越少，因此，碳纳米管阵列靠近基底的部分不易被烧蚀。因此，碳纳米管阵列被激光处理后，形成的沟槽远离基底的一端宽度较大，靠近基底的一端宽度较小。随着激光扫描速度的减小，靠近基底的一端被烧蚀的越多，因此，该沟槽逐渐由V型槽变成U型槽。相反地，如果激光扫描速度过大，形成的沟槽底部的宽度过小，将难以通过激光照射得到均勻长度的碳纳米管。另外，如果激光扫描速度较小时，也可通过增加原始碳纳米管阵列的高度来避免激光将整个碳纳米管阵列烧穿。可以理解，可通过配合选择适合的激光功率及激光扫描速度，控制激光照射位置碳纳米管吸收的激光的能量的大小，从而控制形成沟槽底部的宽度， 进而控制激光照射后被截短的碳纳米管的长度以及均勻度。激光的平移周期不同，激光截短碳纳米管阵列后的效果也不相同。优选地，激光的平移周期大于等于5微米。更优选地，激光的平移周期大于等于5微米小于等于20微米。 请参阅图15至图22，为当激光的扫描速度固定为20毫米/秒，功率固定为4. 2瓦时，采用不同平移周期的激光沿多个扫描行扫描整个碳纳米管阵列后的被截短的碳纳米管阵列的 SEM照片。由图15至图18可知，当激光的平移周期介于5微米至10微米时，激光处理后被截短的碳纳米管阵列远离基底的一端为一较为平整的表面，被截短的碳纳米管阵列中的碳纳米管高度一致性较好。这是因为，当激光的功率为4. 2W，扫描速度为20毫米/秒时，激光仅沿一扫描行扫描碳纳米管阵列时，所形成的沟槽底部的宽度为10微米左右(请参阅图13 和图14)，因此激光的平移周期为5或10微米，激光沿多个扫描行对碳纳米管阵列进行扫描时，被截短的碳纳米管阵列的远离基底的一端为一较为平整的表面。由图19至图22可知， 当激光的平移周期为15微米或20微米时，沿多个扫描行对碳纳米管阵列进行处理时，被截短的碳纳米管阵列的远离基底的一端形成多个尖端，被截短的碳纳米管阵列的高度的一致性较差。由上述内容可知，采用激光沿多个扫描行处理碳纳米管阵列时，激光的平移周期应小于或等于激光沿一单个扫描行扫描碳纳米管阵列时所形成沟槽的底部的宽度，如此可使激光沿多个扫描行扫描碳纳米管阵列后被截短的碳纳米管阵列中的碳纳米管高度一致。可以理解，所述激光处理前碳纳米管阵列的高度不限。激光处理后被截短的碳纳米管阵列高度为ι微米到25微米的高度一致性的碳纳米管阵列。所述碳纳米管阵列中的碳纳米管具有高度一致性的含义为碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度差不超过5微米。 优选地，碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度差不超过2-3微米。优选地，所述碳纳米管阵列的高度为5-10微米，被截短的碳纳米管阵列中的碳纳米管高度相差不超过2微米。请参阅图23可知，本实施例中，所采用激光的功率为4. 2W，扫描速度为20毫米/秒，扫描次数为1 次，激光沿多个扫描行扫描碳纳米管阵列，激光平移周期为8微米。激光处理后被截短的碳纳米管阵列的高度介于5微米到7微米，高度具有高一致性。步骤S20结束后，步骤S30开始前还可以进一步包括一清除工序和一剥离基底的工序。请参阅图24，在激光扫描过程中，部分被激光烧蚀的碳纳米管因为没有被激光完全气化而散落至被截短的碳纳米管阵列表面和未处理的碳纳米管阵列的表面。该部分散落的碳纳米管的长度不确定，因此，需要一清除工序以清除该部分散落的碳纳米管。所述清除工序可采用一氮气枪对被截短的碳纳米管阵列进行处理以吹落散落的碳纳米管。可以理解，在激光处理碳纳米管阵列的过程中，也可以采用一吸气装置吸走散落的碳纳米管。优选地，该吸气装置形成一密封的空间，从而使散落的碳纳米管完全被吸气装置所吸走，避免了散落的碳纳米管污染环境。在步骤S30中，在不给碳纳米管阵列带来污染的前提下，剥离所述碳纳米管阵列的方法可以采用物理或化学的方法。本实施例中，将激光截短后的碳纳米管阵列放置在有机溶剂中，采用超声波细胞粉碎仪使碳纳米管阵列从基底上剥离，得到长度具有高一致性的碳纳米管。所述碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度具有高度一致性的含义为碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度差不超过5微米。优选地，碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度差不超过2-3微米。所述碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度可介于7-8微米。所述碳纳米管阵列中的碳纳米管的长度可介于9-10微米。本实施例中被截短的碳纳米管阵列的长度介于5微米到7微米，被截短的碳纳米管阵列中的碳纳米管长度相差不超过2微米，长度具有
高一致性。步骤S40进一步包括以下子步骤
步骤S402，在有机溶剂中超声分散长度高一致性的碳纳米管形成第一混合液； 步骤S404，在有机溶剂中超声分散无机粘结剂和导电颗粒形成第二混合液； 步骤S406，将所述第一混合液、第二混合液以及有机载体混合形成一混合物； 步骤S408，去除混合物中的有机溶剂。在步骤S402和步骤S404中，所述有机溶剂通常为无水乙醇。在步骤S404中，所述无机粘结剂包括玻璃粉以及二氧化硅粉颗粒中的一种或多种。所述玻璃粉为低熔点玻璃粉，其熔点为300°C飞00°C。优选地，所述玻璃粉为低熔点无铅玻璃粉。所述低熔点无铅玻璃粉中不含有氧化铅。本实施例中，所述玻璃粉为低熔点无铅玻璃粉。所述低熔点无铅玻璃粉的平均粒径小于等于10微米，优选地，所述低熔点无铅玻璃粉的平均粒径小于等于1微米。因此，碳纳米管浆料在后续应用中烧结形成场发射阴极后，采用低熔点无铅玻璃粉可提高碳纳米管浆料和阴极电极之间的电接触，还避免了在烧结过程中，碳纳米管与氧化铅在高温下发生反应 PW+C — Pb+ Co t，从而使碳纳米管浆料中的碳纳米管失去发射电子的作用。所述导电颗粒可以增加碳纳米管浆料的塑变性，以便完成印刷图案的转移，还可以提高碳纳米管之间以及碳纳米管和阴极电极之间的电接触性能，有利于降低发射体单元的温度，功耗和工作电流。所述导电颗粒包括但不限于金属微粒、氧化铟(In2O3)微粒、氧化锡(SnO2)微粒或氧化铟锡(ITO)微粒等中的一种或几种。所述金属微粒包括镍、镉等。本实施例中所述导电相为银颗粒。所述银颗粒的粒径为100纳米至200纳米。所述导电颗粒是可选择的。在步骤S406中，所述有机载体为易挥发的有机物，可以通过加热去除。所述有机载体包括稀释剂、稳定剂和增塑剂。其中，所述稀释剂为碳纳米管浆料提供必要的流淌性， 同时要求对稳定剂具有较好的溶解性。所述稀释剂为松油醇。所述稳定剂通常具有极性较强的基团，可以和增塑剂形成为网状或链状结构，用以提高有机载体的粘度和塑性。所述稳定剂为高分子聚合物，例如乙基纤维素。所述增塑剂一般为分子链上具有强极性基团的溶剂，其作用是和稳定剂形成多维网状结构。所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯或癸二酸二丁酯等。优选地，所述增塑剂为癸二酸二丁酯。所述癸二酸二丁酯的沸点为344°C，热挥发特性好，且癸二酸二丁酯分子链上具有强极性的酯基，可以与乙基纤维素形成多维网状结构。 由于癸二酸二丁酯的分子链上不含苯环，癸二酸二丁酯是一种绿色环保的增塑剂。所述癸二酸二丁酯价格低廉，符合丝网印刷之大规模低成本生产要求。进一步，所述有机载体还可以包括少量的表面活性剂，如司班。可以理解的是，可以通过向上述有机载体中进一步加入感光材料从而得到感光型有机载体。所述感光材料主要由活性稀释剂、低聚物和光引发剂构成。活性稀释剂为甲基丙烯酸异冰片酯(ΙΒ0Α)，其具有低固化收缩率(8.2%)，有利于提高附着力。低聚物为聚氨酯丙烯酸酯(PUA)，其是一种具有双官能团，低固化收缩率(3-5%)且使用广泛的低聚物。光
10引发剂拟采用二苯甲酮和ι-羟基-环乙基苯甲酮的混合物。在感光材料中，甲基丙烯酸异冰片酯的质量百分比为35%，聚氨酯丙烯酸酯的质量百分比为60%，光引发剂的质量百分比为5%。将上述感光材料加入到有机载体中，从而得到一感光型有机载体。在步骤S408中，所述去除有机溶剂的方法为通过加热的方法去除所述有机溶剂。由于该有机溶剂的材料为无水乙醇，因此可以通过加热的方法去除无水乙醇。有机溶剂被去除后，碳纳米管浆料中仅存在有机载体。本实施例中碳纳米管浆料中各成分的质量为5-15%的碳纳米管，10-20%的银微粒，5%的无铅低温玻璃粉及60-80%的感光型有机载体。所述步骤S40还可以通过以下步骤实现将所述有机溶剂、无机粘结剂、导电颗粒以及有机载体混合形成一混合物；去除该混合物中的有机溶剂。可以理解，碳纳米管与低熔点无铅玻璃粉的含量过高会导致碳纳米管浆料的粘度过大，流动性差，不但印刷时容易堵塞丝网而且使印刷的图案边缘不整齐。而碳纳米管与低熔点无铅玻璃粉的含量过低会导致碳纳米管浆料的可塑性较差，不但印刷时碳纳米管浆料不易成型且导致印刷的图案中存在大量孔洞，印刷效果差。本发明实施例通过选择碳纳米管浆料中各组分的比例，可以确保碳纳米管浆料具有适合的粘度和可塑性，以满足印刷的要求。请参阅图25和图26，图25是采用激光截短后的碳纳米管制备而得的碳纳米管浆料，命名为本发明的碳纳米管浆料。本发明得到的碳纳米管浆料中，碳纳米管的长度介于5 微米至7微米之间，因此，碳纳米管浆料中的碳纳米管的长度具有高一致性。图26是采用未经激光截短的碳纳米管制备的碳纳米管浆料，命名为原始碳纳米管浆料。本发明的碳纳米管浆料和原始碳纳米管浆料中的碳纳米管的质量百分数相同。由图25和图26可知，含相同质量分数的碳纳米管浆料，原始碳纳米管浆料中碳纳米管长度较长，表面露头的碳纳米管较少，但碳纳米管之间电场屏蔽效应可能更强。本发明的碳纳米管浆料中碳纳米管长度较短，表面露头的碳纳米管相对较少，碳纳米管之间的电场屏蔽效应相对较弱。由于长度短，本发明的碳纳米管浆料表面露头的碳纳米管相对较多，碳纳米管之间的电场屏蔽效应较弱，相同电场下，本发明的碳纳米管浆料可获得更高的场发射电流密度。请参阅图27，由图27可知，在电场强度相同的条件下，原始碳纳米管浆料的阴极电流密度小于激光截短后的碳纳米管浆料的阴极电流密度。本发明提供的碳纳米管浆料制备方法采用激光截短碳纳米管阵列，由于激光处理碳纳米管阵列方法简单，且通过所选择激光的参数，可以得到具有均勻长度的碳纳米管，采用该种具有均勻长度的碳纳米管制备碳纳米管浆料可以使碳纳米管浆料获得良好的场发射性能。另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
权利要求
1.一种碳纳米管浆料的制备方法，其包括以下步骤提供一碳纳米管阵列，其生长于一基底；采用激光扫描该碳纳米管阵列使碳纳米管阵列中碳纳米管被截短并具有均勻的长度；将激光截短后的碳纳米管阵列从基底上剥离得到长度均勻的碳纳米管；将所述长度均勻的碳纳米管、无机粘结剂以及有机载体混合形成碳纳米管浆料。
2.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述采用激光扫描该碳纳米管阵列时，激光沿平行于碳纳米管阵列中碳纳米管轴向的方向照射至碳纳米管阵列。
3.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光的功率密度大于等于12 X IO11瓦特/平方米。
4.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述长度均勻碳纳米管的长度范围为1微米至25微米。
5.如权利要求4所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述长度均勻的碳纳米管的长度为5至10微米。
6.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述长度均勻碳纳米管的长度差小于等于5微米。
7.如权利要求6所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述长度均勻碳纳米管的长度差介于2微米至3微米。
8.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光的功率大于等于3瓦。
9.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光为脉冲激光。
10.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光的功率大于等于4. 2瓦。
11.如权利要求10所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光的扫描速度小于等于80毫米/秒。
12.如权利要求11所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光的扫描速度小于等于80毫米/秒且大于等于20毫米/秒。
13.如权利要求11所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光的扫描平移周期大于等于5微米。
14.如权利要求13所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光的扫描平移周期大于等于5微米且小于等于20微米。
15.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光逐行扫描照射所述碳纳米管阵列，所述激光沿多个扫描行扫描碳纳米管阵列时，激光的平移周期小于或等于激光沿一单个扫描行扫描碳纳米管阵列时所形成沟槽的底部的宽度。
16.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述激光的功率为 4. 2W，扫描速度为20毫米/秒，扫描次数为1次，激光平移周期为8微米。
17.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管、无机粘结剂以及有机载体混合形成碳纳米管浆料的步骤具体包括以下步骤将激光扫描后的碳纳米管阵列超声分散至有机溶剂中形成一第一混合液；将无机粘结剂和有机溶剂混合形成一第二混合液；将所述第一混合液、第二混合液以及有机载体混合形成一混合物；去除所述混合物中的有机溶剂。
18.如权利要求1所述的碳纳米管浆料的制备方法，其特征在于，所述将碳纳米管、无机粘结剂以及有机载体混合形成碳纳米管浆料的步骤具体包括以下步骤将所述有机溶剂、无机粘结剂、导电颗粒以及有机载体混合形成一混合物；去除该混合物中的有机溶剂。
全文摘要
本发明涉及一种碳纳米管浆料的制备方法，其包括以下步骤提供一碳纳米管阵列，其生长于一基底；采用激光扫描该碳纳米管阵列使碳纳米管阵列中碳纳米管被截短并具有均匀的高度；将激光截短后的碳纳米管阵列从基底上剥离得到长度均匀的碳纳米管；将所述长度均匀的碳纳米管、无机粘结剂以及有机载体混合形成碳纳米管浆料。本发明提供的碳纳米管浆料的制备方法简单且获得的碳纳米管浆料具有较好的场发射性能。
文档编号H01J9/02GK102184820SQ20111009764
公开日2011年9月14日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者周段亮, 柳鹏, 范守善, 蔡琪 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司