碳纳米管场发射体的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型。所述发射端部具有一第一端面，所述支撑端部具有一与所述第一端面相平行的第二端面。所述发射端部由多个碳纳米管组成一第一卷纸结构，所述支撑端部由金属材料和多个碳纳米管复合形成一第二卷纸结构。
【专利说明】碳纳米管场发射体
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种碳纳米管场发射体。
【背景技术】
[0002]近几年来，随着碳纳米管及纳米材料研究的不断深入，其广阔的应用前景不断显现出来。例如，由于碳纳米管所具有的独特的电磁学、光学、力学、化学等性能，大量有关其在场发射电子源、传感器、新型光学材料、软铁磁材料等领域的应用研究不断被报道。以场发射技术为例，碳纳米管早已以其优良的导电性能，完美的晶格结构，纳米尺度的尖端等特性成为优良的场发射体材料，请参见Walt A.de Heer等人Science 270，1179-1180(1995), A Carbon Nanotube Field-Emission Electron Source 一文。
[0003]现有技术中，通常使用的碳纳米管场发射体的制备方法包括直接生长法及后续加工处理法两种。
[0004]直接生长法通常是指:首先提供一阴极基底，在该阴极基底表面形成一催化剂层；然后采用化学气相沉积法在该阴极基底的催化剂位置生长出碳纳米管以直接形成一碳纳米管场发射体(请参见 “Low-temperature CVD growth of carbon nanotubes for fieldemission application，，,Kuang-chung Chen,Diamond & Related Materials,Vol.16,P566(2007))。但是，由于化学气相沉积法生长的碳纳米管阵列顶部表面碳纳米管缠绕，因此，碳纳米管在该表面的形态杂乱无章，这种情况导致该种碳纳米管场发射体的场发射均匀性较差，且由于碳纳米管阵列中的碳纳米管的排列密度较高，相邻的碳纳米管之间存在着较强的屏蔽效应，影响了这种场发射体的场发射电流及其实际应用性能。
[0005]后续加工处理法通常是指:首先将已制备好的作为发射体的碳纳米管混合在浆料中；然后将上述浆料印刷在阴极基底上以在该阴极基底上形成一场发射层，进而获得一碳纳米管场发射体。但是，用印刷法形成的场发射层中碳纳米管的密度较小，进而导致有效发射体的密度较小，场发射电流较小；并且，由于采用印刷法制备的碳纳米管场发射体中的碳纳米管取向杂乱无序，使得其场发射均匀性较差。
[0006]有鉴于此，确有必要提供一种可以减小碳纳米管之间的屏蔽效应而得到具有较大发射电流密度，以及具有较高强度和导电性能的碳纳米管场发射体及其制备方法。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型，所述发射端部具有一第一端面，所述支撑端部具有一与所述第一端面相平行的第二端面，所述发射端部由多个碳纳米管组成一第一卷纸结构，所述支撑端部由金属材料和多个碳纳米管复合形成一第二卷纸结构。
[0008]进一步地,所述第一卷纸结构通过卷曲一碳纳米管层的第二区域而成,其中，该碳纳米管层由所述多个碳纳米管组成；所述第二卷纸结构通过卷曲涂覆了一金属层的该碳纳米管层的第一区域而成，其中，该金属层由所述金属材料组成。[0009]进一步地，所述碳纳米管层包括一个或多个层叠设置的碳纳米管拉膜。
[0010]进一步地，所述发射端部包括多个彼此分离的场发射尖端。
[0011]本发明提供另一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型，所述发射端部和支撑端部均由多个碳纳米管组成。
[0012]进一步地，所述碳纳米管场发射体为由多个碳纳米管组成的一第三卷纸结构。
[0013]进一步地，所述第三卷纸结构中的多个碳纳米管首尾相连且沿所述第一方向定向排列。
[0014]进一步地，所述发射端部包括多个彼此分离的场发射尖端。
[0015]与现有技术相比，本发明至少具有以下优点:第一，该碳纳米管场发射体的支撑端部涂覆有金属层，因此可以提高该碳纳米管场发射体的导电和导热性能，从而提高该碳纳米管场发射体的电流负载能力；第二，支撑端部的金属层同时可以提高整个碳纳米管场发射体的机械性能；第三，利用激光切割该碳纳米管场发射体的发射端部，形成多个彼此分离的场发射尖端，从而可减轻该碳纳米管场发射体的发射端部的电磁屏蔽效应，提高其场发射性能；第四，利用本发明方法制备的碳纳米管场发射体的发射端部和支撑端部为一体成型，因此既能减少制备工序，又能获得具有良好机械性能和结构稳定性的场发射体。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例1提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。
[0017]图2为本发明实施例1中使用的碳纳米管层的结构示意图。
[0018]图3为本发明实施例1中使用的碳纳米管层中的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。
[0019]图4为利用本发明实施例1提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。
[0020]图5为图4中的碳纳米管场发射体的支撑端部的横截面图。
[0021]图6为本发明实施例2提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。
[0022]图7为利用本发明实施例2提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。
[0023]图8为图7中的碳纳米管场发射体的支撑端部的横截面图。
[0024]图9为本发明实施例3提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。
[0025]图10为利用本发明实施例3提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。
[0026]图11为图10中的碳纳米管场发射体的支撑端部的横截面图。
[0027]图12为本发明实施例4提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。
[0028]图13为利用本发明实施例4提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。
[0029]图14为本发明实施例5提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。
[0030]图15为利用本发明实施例5提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。
[0031]图16为本发明实施例6提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。
[0032]图17为利用本发明实施例6提供的制备方法获得的碳纳米管场发射体的示意图。
[0033]图18为本发明实施例7提供的碳纳米管场发射体的制备方法的工艺流程示意图。
[0034]主要元件符号说明
碳纳米管场发射体 |10，20，30，40，50，60，70 一
_米管层 ^ 100 一
第一表面_102_
【权利要求】
1.一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型，所述发射端部由多个碳纳米管组成，所述支撑端部由金属材料和多个碳纳米管复合形成。
2.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述发射端部由多个碳纳米管组成一第一卷纸结构，所述支撑端部由金属材料和多个碳纳米管复合形成一第二卷纸结构。
3.如权利要求2所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第一卷纸结构通过卷曲由所述多个碳纳米管组成的一碳纳米管层而成。
4.如权利要求2所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第二卷纸结构通过卷曲涂覆了一金属层的一碳纳米管层而成，所述金属层由所述金属材料组成，所述碳纳米管层由所述多个碳纳米管组成。
5.如权利要求3所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第一卷纸结构中相邻的两层碳纳米管层之间有间隙，该间隙的大小在5纳米~100微米之间。
6.如权利要求4所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第二卷纸结构中的相邻的碳纳米管层和金属层之间紧密结合。
7.如权利要求4所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第二卷纸结构的最内层为所述碳纳米管层，其最外层为所述金属层。
8.如权利要求4所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第二卷纸结构的最内层为所述金属层，其最外层为所述碳纳米管层。
9.如权利要求2所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第一卷纸结构通过卷曲由所述多个碳纳米管组成的一碳纳米管层而成，所述第二卷纸结构通过卷曲正反两面均涂覆了由所述金属材料组成的一金属层的一碳纳米管层而成。
10.如权利要求9所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第二卷纸结构的最内层和最外层均为所述金属层。
11.如权利要求4所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述金属层的厚度在5纳米~100微米之间。
12.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述金属材料包括金、银、铜、镍中的一种或多种。
13.如权利要求4所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述碳纳米管层的厚度在5纳米~100微米之间。
14.如权利要求4所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述碳纳米管层包括一个或多个层叠设置的碳纳米管拉膜。
15.如权利要求14所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述碳纳米管拉膜包括多个首尾相连且沿所述第一方向定向排列的碳纳米管。
16.如权利要求4所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管拉膜，该多个碳纳米管拉膜中的多个碳纳米管均沿所述第一方向定向排列。
17.如权利要求1所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述发射端部具有一第一端面，所述支撑端部具有一与所述第一端面相对的第二端面，所述第一端面的横截面呈一单螺旋结构，所述第二端面的横截面呈一双螺旋结构。
18.如权利要求1-17中任一项所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述发射端部包括多个彼此分离的场发射尖端。
19.一种碳纳米管场发射体，其包括一发射端部和一支撑端部，所述发射端部和支撑端部沿一第一方向连续分布且一体成型，所述发射端部和支撑端部均由多个碳纳米管组成。
20.如权利要求19所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述碳纳米管场发射体为由多个碳纳米管组成的一第三卷纸结构。
21.如权利要求20所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述第三卷纸结构包括多个首尾相连且沿所述第一方向定向排列的碳纳米管。
22.如权利要求19-21中任一项所述的碳纳米管场发射体，其特征在于，所述发射端部包括多个彼此分离的场发射尖端。
【文档编号】H01J1/304GK103578885SQ201210261271
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月26日 优先权日:2012年7月26日
【发明者】柳鹏, 姜开利, 范守善 申请人:清华大学, 鸿富锦精密工业（深圳）有限公司