[发明专利]电泳沉积均匀的碳纳米管复合膜的方法与设备

说明书

技术领域

本发明涉及生产碳纳米管-基质颗粒复合物和电泳沉积该复合物以形成 表面均匀性和碳纳米管与基质材料之间的粘附性得到提高的碳纳米管复合 膜。

背景技术

纳米结构材料如碳纳米管(CNT)具有期望的性能，例如看起来远远 胜过常规场致发射材料的电子场致发射特性。尤其是CNT材料显示出弱的 发射阈场和大的发射电流密度。这样的性能使得它们对各种微电子应用， 如发光部件、场致发射平板显示器、用于过电压保护的气体放电管和X射 线发生装置都有吸引力。但是，在上述材料的加工过程中遭遇的困难阻碍 了将上述材料有效结合到这些装置中。

已知电泳沉积(EPD)对于在各种基底上沉积包括CNT的纳米结构材 料以生产新的涂层和膜而言是高效且通用的技术。各种合适材料的可用性、 该技术的简单性和低成本装置、控制沉积的能力以及大规模生产的潜能都 推动了对EPD技术越来越大的兴趣。

EPD方法可包括使用纳米结构材料、基质材料和将纳米结构材料沉积 其上的基底。所述基质材料通常用于增强纳米结构材料与基底的结合。例 如，纳米结构材料与基质材料可使用EPD共沉积到基底上以形成复合膜。 然而，使用这种方法生产的复合膜可能具有不太期望的特征，尤其是在沉 积的均匀性、表面形貌和粘附强度方面。因此，需要一种沉积纳米结构材 料和基质材料的方法以形成表面均匀性、纳米结构材料分散和纳米结构材 料与基质材料之间的粘附性都得到提高的复合膜。

发明内容

本发明主题的目的之一是提供关于沉积纳米结构材料到基底上以形成 粘附性和发射特性得到提高的均匀纳米结构复合膜的方法与设备。

在上文中陈述的一个目的通过本发明主题已完全或部分地实现，结合 下文中对附图的最佳描述，随着说明书的推进其它目的将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明主题的碳纳米管(CNT)电子场致发射阴极的示意 图；

图2A是使用(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷(APS)链接剂分子来链接基 质颗粒(如玻璃颗粒)与CNT而形成CNT-基质颗粒复合物的示意图；

图2B是通过链接CNT到功能化的基质颗粒而形成CNT-基质颗粒复合 物的示意图；

图3是CNT和基质颗粒(玻璃颗粒)在不包含链接剂分子(APS)的 悬浮液中的透射电子显微镜(TEM)图像；

图4A和4B是包含APS链接剂分子的CNT-基质颗粒复合物在不含分 散剂的悬浮液中的TEM图像；

图5A和5B是包含APS链接剂分子的CNT-基质颗粒复合物在含有聚 乙烯吡咯烷酮(PVP)分散剂的悬浮液中的TEM图像；

图5C和5D是包含APS链接剂分子的CNT-基质颗粒复合物在含有聚 乙烯吡咯烷酮(PVP)分散剂的悬浮液中的高倍放大TEM图像；

图6是根据本发明主题的电泳沉积方法的示意图；

图7是通过电泳共沉积不包含APS链接剂分子的CNT和基质材料而得 到的CNT复合膜的形貌的扫描电子显微镜(SEM)图像；

图8是通过电泳沉积由APS链接剂分子制得的CNT-基质颗粒复合物 得到的CNT复合膜的形貌的SEM图像；

图9是图7的CNT复合膜的表面形貌的图示；和

图10是图8的CNT复合膜的表面形貌的图示。

具体实施方式

遵循长期存在的专利法惯例，用于本申请，包括权利要求书的术语“一 种”意味着“一种或多种”。

本发明提供将碳纳米管(CNT)沉积到基底表面上的方法。根据本发 明，可将碳纳米管电泳沉积到基底上。在EPD之前，可将该CNT链接到基 质材料上以提供CNT-基质颗粒复合物。在一些实施方案中，CNT-基质颗 粒复合物可通过将CNT、基质颗粒和链接剂分子一起分散在悬浮液中而形 成。在一些实施方案中，CNT-基质复合物可通过链接CNT到功能化基质颗 粒上而形成，其中所述功能化基质颗粒是通过链接剂分子与基质颗粒反应 而形成的。

本发明提供了制造CNT-电子场致发射阴极的方法。本发明的CNT-电 子场致发射阴极可包括一种包含粘附在基底表面上的复合膜的电子场致发 射阴极。此外，所述复合膜可包含CNT和基质材料的均匀混合物。所述基 底可包含导电表面。