r>[0071] 實施例2
[0072] 本發明實施例提供了一種碳納米場發射陰極及其制備方法，其包括依次層疊結合 的導電襯底1/碳納米管層2/二硫化鎢納米片層3。其中，導電襯底1材料為不銹鋼片;碳納米 管層2中的碳納米管為單壁碳納米管，且直徑為l-2nm，長度可以是10-20μπι ;二硫化鎢納米 片厚度為2_4nm，橫向尺寸為100-300nm〇
[0073] 其制備方法如下：
[0074] S21.提供導電基板:硅片
[0075] S22.采用電泳沉積方法制備碳納米管薄膜2:
[0076] S221.將碳納米管與可溶性金屬無機鹽Al(N〇3)2加入乙醇中，超聲分散1~3小時， 獲得均勻穩定的碳納米管電泳溶液，碳納米管溶液濃度為lmg/ml;所述Al(N〇3)2的添加量是 碳納米管的20wt% ;
[0077] S222.以導電基板1作為陰極，另一導電基板作為陽極，放入步中驟S121碳納米管 電泳液中，在直流電壓的作用下，帶正電荷的碳納米管向陰極方向移動，沉積在導電基板 上，得到碳納米管薄膜。所述沉積過程的條件為:電壓100V，時間為lmin;
[0078] S23.在碳納米管薄膜2表面沉積二硫化鎢納米片層3:
[0079] 將二硫化鎢納米片超聲分散于乙醇溶劑中，獲得均勻分散液，然后通過噴涂的方 法，在碳納米管層2表面均勻沉積形成二硫化鎢納米片層3，烘干后，形成復合的場發射陰極 結構。
[0080] 實施例3
[0081] 本發明實施例提供了一種碳納米場發射陰極及其制備方法。其中，碳納米場發射 陰極結構如圖1所示，其包括依次層疊結合的導電襯底1/碳納米管層2/二硫化鉬納米片層 3。其中，導電襯底1材料為ITO玻璃;碳納米管層2中的碳納米管為多壁碳納米管，且直徑為 10-20nm，長度可以是10-20μηι;二硫化鉬納米片厚度為lnm，橫向尺寸為50-100nm。
[0082]其制備方法如下：
[0083] S31.提供導電基板：I T0玻璃
[0084] S32.采用電泳沉積方法制備碳納米管薄膜2:
[0085] S321.將碳納米管與可溶性金屬無機鹽Mg(N03)2加入乙醇中，超聲分散1~3小時， 獲得均勻穩定的碳納米管電泳溶液，碳納米管溶液濃度為〇. 〇lmg/ml;所述Mg(N〇3)2的添加 量是碳納米管的50wt% ;
[0086] S322.以導電基板1作為陰極，另一導電基板作為陽極，放入步中驟S121碳納米管 電泳液中，在直流電壓的作用下，帶正電荷的碳納米管向陰極方向移動，沉積在導電基板 上，得到碳納米管薄膜。所述沉積過程的條件為：電壓200V，時間為lOmin;
[0087] S33.在碳納米管薄膜2表面沉積二硫化鉬納米片層3:
[0088] 將二硫化鉬納米片超聲分散于乙醇溶劑中，獲得均勻分散液，然后通過旋涂的方 法，在碳納米管層2表面均勻沉積形成二硫化鉬納米片層3，烘干后，形成復合的場發射陰極 結構。
[0089] 對比實施例1
[0090]本對比實施例1提供了一種碳納米場發射陰極，其結構和各層材料均與實施例1中 提供的碳納米場發射陰極相同，不同之處在于本對比實施例1提供的碳納米場發射陰極不 含有二硫化鉬納米片層結構。
[0091 ]碳納米場發射陰極相關性能測試
[0092] 將上述實施例1至實施例3以及對比實施例1提供的碳納米場發射陰極分別進行如 下場發射性能測試，測試結果如下述表1。
[0093] 表 1
[0094]
[0095]由上述表1可知，上述實施例1-3中提供的碳納米場發射陰極的開啟電場Eto、閾值 電場Ethr等性能明顯優于對比實施例1，因此，說明了本發明實施例提供的碳納米場發射陰 極設置二硫化鉬和/或二硫化鎢納米片層對碳納米管表面改性修飾后，其改變了碳納米管 的電子結構，減少了電子發射需要克服的勢皇，從而降低了碳納米管的開啟電場；同時增加 了大量有效的發射尖端，在顯著提高陰極總發射電流的同時，減少了每根碳納米管的發射 電流，使得碳納米管結構不易因過度發射而破壞，提高了發射穩定性，從而使得碳納米管層 具有優異的場發射性能。
[0096]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精 神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種碳納米場發射陰極，包括導電基板、形成于所述導電基板表面的碳納米管層，其 特征在于:在所述碳納米管層外表面還形成有二硫化鉬和/或二硫化鎢納米片層。2. 根據權利要求1所述的碳納米場發射陰極，其特征在于:所述碳納米管層中的碳納米 管直徑為l-20nm，長度可以是1-100μπι。3. 根據權利要求2所述的碳納米場發射陰極，其特征在于:所述碳納米管為單壁碳納米 管、經過修飾的單壁碳納米管、多壁碳納米管、經過修飾的多壁碳納米管中的至少一種。4. 根據權利要求1-3任一所述的碳納米場發射陰極，其特征在于:所述二硫化鉬和/或 二硫化媽納米片層中的二硫化鉬和/或二硫化媽納米片材料的厚度為l_4nm，橫向尺寸為 50-300nm〇5. -種碳納米場發射陰極的制備方法，包括如下步驟： 在導電基板表面形成碳納米管層； 將二硫化鉬和/或二硫化鎢納米片分散于有機溶劑中，形成分散液，然后將所述分散液 在所述碳納米管層外表面形成二硫化鉬和/或二硫化鎢納米片層。6. 根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于:所述二硫化鉬和/或二硫化鎢納米片 材料的厚度為l_4nm，橫向尺寸為50-300nm;和/或 所述分散液是采用旋涂、噴涂或浸漬的方法在所述碳納米管層外表面形成二硫化鉬 和/或二硫化鎢納米片層。7. 根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于:形成所述碳納米管層的方法如下： 將碳納米管與電荷添加劑加入有機溶劑中，進行分散處理，獲得碳納米管電泳溶液;其 中，所述電荷添加劑的添加量是碳納米管的20_50wt% ; 以所述導電基板作為陰極，另設的一導電基板作為陽極，并將所述陰極和所述陽極置 于所述碳納米管電泳溶液中，在直流電壓的作用下，在所述陰極上沉積碳納米管，得到碳納 米管層。8. 根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于:所述碳納米管直徑為l-20nm，長度為 10-10(^111;和/或 所述碳納米管為單壁碳納米管、經過修飾的單壁碳納米管、多壁碳納米管、經過修飾、 多壁碳納米管中的至少一種;和/或 所述電荷添加劑為180〇3)2、]\%(：12、]\%3〇4^1(勵 3)3^1(：13、附(：12中的至少一種的可溶 性金屬無機鹽;和/或 所述有機溶劑選用乙醇、丙醇、異丙醇、二甲基甲酰胺、丙酮中的至少一種;和/或 所述直流電壓為100-200V，在所述陰極上沉積所述碳納米管的時間為l-10min。9. 根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于:形成所述碳納米管層的方法如下： 將涂覆催化劑金屬的導電基板置于惰性保護氣氛的密閉環境中，將所述導電基板及所 述密閉環境的溫度升溫至600-800°C后，向所述密閉環境中通入有機碳氫化合物氣體和氫 氣的混合氣體，使得有機碳氫化合物氣體在所述催化劑金屬的催化下發生裂解反應并于所 述導電基板表面生長碳納米管。10. 根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于:所述催化劑金屬為是Ni、Co、Fe中的 至少一種;和/或 所述密閉環境的壓強為10_30KPa;和/或 所述有機碳氫化合物為甲烷、乙烯、乙炔中的至少一種;和/或 所述氫氣和所述有機碳氫化合物氣體流量比為2.5-10，于所述導電基板表面生長所述 碳納米管的生長時間為5-30min;和/或 生長的所述碳納米管長度為1_20μπι，直徑為10-20nm。11.根據權利要求1-4任一所述的碳納米場發射陰極或者由權利要求5-10任一所述的 碳納米場發射陰極在場發射顯示器件、X射線管、太赫茲器件中的應用。
【專利摘要】本發明公開了一種碳納米場發射陰極及其制備方法和應用。本發明碳納米場發射陰極包括導電基板、形成于所述導電基板表面的碳納米管層和形成于所述碳納米管層外表面的二硫化鉬和/或二硫化鎢納米片層。本發明碳納米場發射陰極制備方法包括在導電基板表面形成碳納米管層的步驟和在碳納米管層表面形成二硫化鉬和/或二硫化鎢納米片層的步驟。本發明碳納米場發射陰極具有大量有效的發射尖端，其場發射電壓低，電流大，且發射性能穩定，其制備方法保證了碳納米場發射陰極的性能穩定，降低了其生產成本。
【IPC分類】H01J1/304, H01J29/04, H01J9/02
【公開號】CN105513921
【申請號】CN201510998034
【發明人】洪序達, 梁棟, 石偉
【申請人】深圳先進技術研究院
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2015年12月25日