中所用射频装置的结构示意图；所用氢气纯度为5N，加热器为自制钼丝加热器，用“分子泵+机械泵”组合装置抽真空；
图4是不同条件下制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的扫描电镜图片，所得碳纳米颗粒直径大多在15-30纳米，包括:
41.按实施例1条件(射频功率:30W;处理时间:10小时)所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的扫描电镜图片，右上和右下角插图为相应的高倍扫描电镜图片，对应着图中方框标识部分；
42.按实施例2条件(射频功率:30W;处理时间:20小时)所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的扫描电镜图片；
43.按实施例3条件(射频功率:30W;处理时间:30小时)所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的扫描电镜图片；
图5所示为高真空场发射测试仪的结构示意图，用于测试各实施例中所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的场发射性能；该装置是一个常规的二极管构型的场发射测试装置:以所制备的场发射材料为阴极，以直径约为10厘米的不锈钢板为阳极，阳极位置精确可调，两极间距保持为2毫米；测试中，将阴极接地，在阳极负载O-1OkV可调正偏压；测试数据通过电脑自动记录；
图6是在不同条件下制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的场发射性能图，具体包括实施例1、实施例2、实施例3中所制备样品与原始碳纳米管阵列场发射性能的比较，其表征的是场发射电流密度随外加电场强度增加的变化关系，其中/th表示的是阈值场发射电流密度，其大小为10 mA/cm2；
图7是实施例2所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列与原始碳纳米管阵列的场发射稳定性图，表征的是在外加电场恒定的情况下，场发射电流密度随时间的变化关系。
【具体实施方式】
[0019]
[0020]下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。其中所用到的硅单晶片、无水乙醇、丙酮、氢氟酸、高纯氢气、高纯乙炔气、高纯氨气、高纯氩气、高纯铁靶等均有市售。超声清洗、金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA源)、磁控溅射、高温管式炉、射频、场发射测试仪等装置均有市售。
[0021]图1所示即为本发明制备碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的工艺流程示意图，分为制备洁净硅晶片基底、磁控溅射法沉积铁催化剂、热化学气相沉积法制备碳纳米管阵列、低功率射频氢等离子体处理碳纳米管阵列等四个部分，以下实施例有关样品制备的部分均按这四步执行。
[0022]实施例1
(I)制备洁净娃晶片基底:
首先将硅片切成2cmX 2cm小片，依次在去离子水、丙酮和无水乙醇中各超声(50W)清洗10分钟，再将硅晶片放入体积比为4%的氢氟酸中浸泡5分钟，获得干净无污染且无二氧化硅覆盖层的基底。
[0023]( 2 )磁控溅射法沉积铁催化剂:
铁催化剂的沉积在磁控溅射装置(有市售)中进行。在此之前，先将硅单晶片在金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA源，有市售)中进行载能铁离子轰击预处理，铁离子能量约为15keV，束流为10毫安，处理时间为15分钟，该处理可有效提升碳纳米管与硅基底间的结合力；然后将载能铁离子轰击过的硅晶片放置在样品台上，先对真空室抽真空至约8X10_5Pa，以排除杂质气体污染，然后通入高纯(5N)氩气，调节腔室气压为1.0Pa ;沉积时，直流电源电流为60毫安，同时在样品台上加150伏负偏压，沉积时间为125秒，所获铁膜厚度为5纳米。
[0024](3)热化学气相沉积法制备碳纳米管阵列:
碳纳米管阵列的生长在高温管式炉(有市售)中完成，所用方法为传统的热化学气相沉积法，且整个过程在常压下完成。首先将沉积有5纳米铁催化剂的硅晶片置入管式炉石英管内样品台上，封闭好石英管后，将铁催化剂在400sCCm氢气、853K条件下热处理I小时；后在150sccm氨气、1023K条件下处理10分钟以提升催化剂活性；最后在87sccm乙炔、eOOsccm氢气、1023K条件下生长碳纳米管阵列，生长时间为30分钟。图2所示即为在该条件下所得碳纳米管阵列的扫描电镜图片，可以看出，碳纳米管长度约为23微米(图2)，顶端弯曲(图2右上角插图)，但中部阵列性较好(图2右下角插图)，且表面光滑。
[0025](4)低功率射频氢等离子体处理碳纳米管阵列:
氢等离子体处理碳纳米管阵列在射频装置(有市售)中完成，图3所示即为该装置的结构示意图。首先将所制备的碳纳米管阵列放置在石墨样品台上，对处理室预抽真空至约8 X 10_4Pa，然后在氢气(纯度为5N)氛围中对基底进行加热，升温速率约为60K/min，直到温度稳定在1000K为止，并调节气压为lOOPa，待温度和气压均稳定后，启动射频源，调节射频功率为30W，处理时间为10小时。图4-41所示即为在该条件下所得的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的扫描电镜图片，与图2所示原始碳纳米管相比，碳纳米管整体形貌变化不大，但表面被碳纳米颗粒所包覆，颗粒较小，直径多在15-20纳米，从图4-41右上和右下角高倍扫描电镜图片可清晰看出，与原始碳纳米管的光滑表面(图2插图)截然不同，这些碳纳米突起均可能成为潜在的有效场发射点。
[0026](5)场发射性能测试:
碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的场发射性能测试在高真空场发射测试仪(有市售)中完成，图5所示即为该测试装置的结构示意图。测试室中真空度维持在约IXlO-7Pa (用常开的钛离子泵抽真空)。将所制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列样品用导电胶粘附在铜样品台上，以此作为场发射阴极，并将阴极接地；阳极为一直径约为10厘米的不锈钢圆板，阴阳极保持平行，间距为2毫米；测试时，在阳极上负载O-1OkV可调正偏压，偏压增速恒定为500 V/min，测试结果通过程序自动记录到电脑中。图6所示即为在不同条件下制备的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的场发射性能图，具体包括本实施例、实施例2、实施例3中所制备样品与原始碳纳米管阵列场发射性能的比较，其表征的是场发射电流密度随外加电场强度增加的变化关系。可以看出，30W下经氢等离子体处理10小时后所得的碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的开启场、阈值场和最大场发射电流密度分别为1.10 V/ μπκ
1.63 V/μ m和 37.24 mA/cm2，要优于原始碳纳米管的 1.24 V/μπκ 1.76 V/μ m和 21.90 mA/cm2。场发射性能的提升可归因于长时间低功率氢等离子体处理后碳纳米管表面有效场发射点的增多，大量的碳纳米颗粒均可成为有效场发射点，场发射电流密度相比原始碳纳米管仅有尖端发射电子无疑将大幅提升。
[0027]( 6 )场电子发射器组装(常规组装方法):
用导电胶将生长有碳纳米颗粒包覆的碳纳米管阵列的硅单晶片粘附在厚度为2毫米的铜电极上，将其作为场发射阴极，并将阴极接地，阳极为一厚度为2毫米的铜板电极，阴阳极保持平行，用厚度为200微米的环装聚四氟乙烯隔开，负载正偏压在阳极板上，就可获得稳定的场电子发射，场发射电流密度大小的控制可通过调节阳极板偏压来实现。
[0028]实施例2
(I)制备洁净娃晶片基底:
首先将硅片切成2cmX 2cm小片，依次在去离子水、丙酮和无水乙醇中各超声(50W)清洗10分钟，再将硅晶片放入体积比为4%的氢氟酸中浸泡5分钟，获得干净无污染且无二氧化硅覆盖层的基底。
[0029]( 2 )磁控溅射法沉积铁催化剂:
铁催化剂的沉积在磁控溅射装置(有市售)中进行。在此之前，先将硅单晶片在金属蒸汽真空弧离子源(MEVVA源，有市售)中进行载能铁离子轰击预处理，铁离子能量约为15keV，束流为10毫安，处理时间为15分钟，该处理可有效提升碳纳米管与硅基底间的结合力；然后将载能铁离子轰击过的硅晶片放置在样品台上，先对真空室抽真空至约8X10_5Pa，以排除杂质气体污染，然后通入高纯(5N)氩气，调节腔室气压为1.0Pa ;沉积时，直流电源电流为60毫安，同时在样品台上加150伏负偏压，沉积时间为125秒，所获铁膜厚度为5纳米。
[0030](3)热化学气相沉积法制备碳纳米管阵列:
碳纳米管阵列的生长在高温管式炉(有市售)中完成，所用方法为传统的热化学气相沉积法，且整个过程在常压下完成。首先将沉积有5纳米铁催化剂的硅晶片置入管式炉石英管内样品台上，封闭好石英管后，将铁催化剂在400sCCm氢气、853K条件下热处理I小时；后在150sccm氨气、1023K条件下处理10分钟以提升催化剂活性；最后在87sccm乙炔、600SCCm氢气、1023K条件下生长碳纳米管阵列，生长时间为30分钟。
[0031](4)低功