專利名稱：一種提高碳納米管陰極場致電子發(fā)射性能的后處理方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種提高碳納米管陰極場致電子發(fā)射性能的后處理方法，屬于場發(fā)射顯示器領域。
背景技術：
碳納米管自1991年被發(fā)現以來，已成為碳材料領域的一個研究熱點，是物理、化學和材料科學最前沿的研究領域之一。碳納米管具有獨特的準一維納米結構，表現出特殊的力學、電學和磁學等性質，可望在納米電子器件、儲能、場發(fā)射與平板顯示、導電和電磁屏蔽以及結構增強等眾多領域獲得廣泛的應用。在碳納米管所具有的眾多特性之中，場致發(fā)射性能是尤其受到矚目。利用這種性能，可以制備場發(fā)射冷陰極材料，應用于場致發(fā)射平板顯示器(Field Emission Display, FED)、場致發(fā)射電子槍和場致發(fā)射發(fā)光單元等領域。在場致發(fā)射顯示領域中，碳納米管陰極的制備是通過絲網印刷法、滴涂、旋(噴) 涂、浸拉、自組裝、電泳沉積等多種方法中的一種在襯底電極上形成碳納米管薄膜。這些方法仍存在一些問題，如碳納米管表面存在或多或少的缺陷，碳納米管的導電不好，發(fā)射電子穩(wěn)定性差、接觸電阻大、壽命短等缺點，抑制了碳納米管作為陰極材料的優(yōu)越性能。因此，就必須對碳納米管進行后處理?，F行的后處理方案主要有機械處理，等離子處理，電子束處理，膠體處理，電場處理，熱處理等，提高碳納米管的場發(fā)射性能。本發(fā)明提供了一種新的碳納米管后處理方法，利用碳納米管易磁化的性質，通過強磁場對碳納米管進行后處理，使其垂直取向，長徑比，密度分布，表面潔凈等因素可以得到顯著提高，進而使得場發(fā)射的閾值電壓明顯降低，發(fā)射均勻性顯著提高，發(fā)射壽命大大延長。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種提高碳納米管陰極場致電子發(fā)射性能的后處理方法， 使碳納米管薄膜的電流密度提高I倍，閾值強度降低30%以上，電子發(fā)射點密度可提高I個數量級以上且均勻性明顯提高，本發(fā)明的方法簡單有效，全面提高碳納米管陰極的場發(fā)射性能，具備顯著的經濟和社會效益。為實現上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案
一種提高碳納米管陰極場致電子發(fā)射性能的后處理方法為采用強磁場對陰極表面的碳納米管進行磁化和取向，使得表面的碳納米管垂直于襯底表面。所述的磁場為均勻或非均勻磁場，磁場強度為1-10 T ;陰極表面與磁場方向相垂直；處理溫度為50-500°C，處理時間為5-300 min ;處理氣氛為空氣、N2或Ar中的任意一種或多種的混合氣體。所述的碳納米管通過噴涂、絲網印刷、電泳沉積、旋涂、噴墨印刷、刷涂或浸凃進行沉積。
本發(fā)明的顯著優(yōu)點在于本發(fā)明的制備方法通過對碳納米管陰極材料進行磁場后處理從而使更多的碳納米管直立起來，降低了碳納米管的閾值電場，提高了發(fā)射電流密度和電子發(fā)射點密度，使制造的場致發(fā)射器件的發(fā)光效率和均勻性較普通陰極器件顯著提高，且處理方便，成本低，處理之后，基材上沒有殘留物。
圖I是磁場后處理碳納米管示意圖。圖2是未經過磁場后處理的碳納米管SEM圖。圖3是經過磁場后處理的碳納米管SEM圖。圖4是碳納米管陰極陣列后處理前后的I-V曲線圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明做各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例I
本發(fā)明的一種改善場發(fā)射性能的碳納米管后處理方法，以電泳沉積法轉移碳納米管為例，包括對碳納米管的預處理、碳納米管電泳液的配置、電泳、燒結和后處理。I)碳納米管的預處理
對碳納米管進行超聲粉碎處理，達到短化分散的效果，過濾、去離子水沖洗后，加入異丙醇溶液和十二烷基苯磺酸鈉添加劑，進行超聲分散，又進行過濾、烘干。2)碳納米管電泳液的配置
將烘干的碳納米管置入有機溶劑中，有機溶劑可為甲醇、乙醇、異丙醇、丙酮等，添加載體離子，如硝酸鎂(Mg(NO3)2)、硝酸鋁(Al (NO3)3)、硝酸銦(In(NO3)3)、硝酸銀(AgNO3)等鹽類電解質，以硝酸鎂為例，Mg2+濃度大概I. O mmol/L，配置好的電泳也在超聲機下，超聲4 5 個小時，獲得充分分散的碳納米管電泳液。3)碳納米管的電泳
碳納米管的電泳采用直流式電泳，陰陽極板間距700 μ ,電泳電流4mA，電泳時間 9min。電泳電壓范圍在:T8V之間。4)碳納米管的干燥處理
先將電泳好的樣片在80°C恒溫爐中干燥O. 5 I. 5小時，蒸發(fā)去除部分有機溶劑等雜質成分。也可采用其他工藝代替電泳沉積法，將碳納米管轉移到電極表面上，例如噴涂法、 浸涂法、絲網印刷、噴墨印刷、旋涂、刷涂或其他可將碳納米管轉移到基材上的技術。5)碳納米管的后處理
本發(fā)明通過強磁場對碳納米管材料進行后處理，原理在于碳納米管具有各向異性的磁化率，且金屬性和半導體性的碳納米管最低能量方向將平行于外加的磁場的方向，所以在強磁場的作用下，碳納米管表面被磁化，從而使有更多的碳納米管在磁力的相互吸引下，裸露出來，保持高度的取向，這樣電子就能夠從這些高度取向的碳納米管發(fā)射電子，這樣就提高場發(fā)射性能，而根據相關文獻報道，陰極表面更多的碳納米管陣列線，可以大幅度提高場發(fā)射性能。碳納米管的后處理工藝為在隊氣氛中，磁場強度3 T，溫度300 400°C，處理時間30 40min。如圖I所示。實施例2
實施例2為二級結構的碳納米管發(fā)射陰極。取O. 03g的碳納米管，加入300ml的丙酮溶劑，在超聲粉粹機進行粉碎四個小時后，過濾、去離子水沖洗后，再加入300ml的異丙醇溶劑，并少量添加十二烷基苯磺酸鈉添加劑，進行超聲分散，超聲24個小時后，又進行過濾， 清洗和烘干。將烘干的碳納米管置入300ml的異丙醇溶劑中，添加一定量的硝酸鋁(Al (NO3) 3)， 使Al3+濃度大概I. O mmol/L，配置好的電泳也在超聲機下，超聲4 5個小時，獲得充分分散的碳納米管電泳液。碳納米管的電泳采用直流式電泳，樣片大小為IOcmX 10cm，陰陽極板間距700 μ m,恒定電泳電流4mA,電泳時間9min。電泳電壓范圍在3 8V之間。先將電泳好的樣片在100°C恒溫爐中干燥30 90 min,蒸發(fā)去除有機溶劑等雜質成分。將干燥好的樣片置入空氣中的強磁場，樣片垂直磁場方向，磁場強度6 T,樣片溫度60°C，處理4s后，取出樣片，放置4s后，再把樣片置入強磁場中，重復操作60次。按本發(fā)明方法處理的碳納米管陰極的開啟電場為O. 73 V/ym,比相同的電場強度下未經過任何處理的碳納米管陰極降低了 30% (1.05 V/μ m)多，電子發(fā)射電流密度和發(fā)射均勻性都有明顯的提聞。實施例3
本發(fā)明的第二個實施例是前柵極結構的碳納米管發(fā)射陰極，碳納米管的預處理、電泳條件和后處理過程與實施例2完全相同，不同之處在于，陰極板的結構為前柵極，碳納米管電泳在陰極上。實施例4
本發(fā)明的第三個實施例是后柵極結構的碳納米管場發(fā)射陰極，碳納米管的預處理、電泳條件和后處理過程與實施例2完全相同，不同之處在于，陰極板的結構為前柵極，碳納米管電泳在陰極上。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權利要求
1.一種提高碳納米管陰極場致電子發(fā)射性能的后處理方法，其特征在于所述的后處理方法為采用強磁場對陰極表面的碳納米管進行磁化和取向，使得表面的碳納米管垂直于襯底表面。
2.根據權利要求I所述的提高碳納米管陰極場致電子發(fā)射性能的后處理方法，其特征在于所述的磁場為均勻或非均勻磁場，磁場強度為1-10 T ;陰極表面與磁場方向相垂直； 處理溫度為50-500°C，處理時間為5-300 min ;處理氣氛為空氣、N2或Ar中的任意一種或多種的混合氣體。
3.根據權利要求I所述的提高碳納米管陰極場致電子發(fā)射性能的后處理方法，其特征在于所述的碳納米管通過噴涂、絲網印刷、電泳沉積、旋涂、噴墨印刷、刷涂或浸凃進行沉積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種提高碳納米管陰極場致電子發(fā)射性能的后處理方法，通過磁場后處理，使陰極表面碳納米管磁性極化而發(fā)生取向，使得陰極表面碳納米管垂直于襯底表面，從而使碳納米管陰極的場致電子發(fā)射性能得到顯著改善，即使碳納米管薄膜的電流密度提高1倍，閾值強度降低30%以上，電子發(fā)射點密度可提高1個數量級以上且均勻性明顯提高，本發(fā)明的方法簡單有效，全面提高碳納米管陰極的場發(fā)射性能，具備顯著的經濟和社會效益。
文檔編號B82Y10/00GK102592918SQ20121004177
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月23日 優(yōu)先權日2012年2月23日
發(fā)明者葉蕓, 林金陽, 洪春燕, 胡利勤, 蔡壽金, 郭凡, 郭太良 申請人:福州大學