[发明专利]碳纳米管阴极的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纳米材料的制造，尤其涉及一种碳纳米管阴极的制备方法。

背景技术

自1991年日本科学家Iijima发现碳纳米管以来，人们对碳纳米管的制备、生长机理、结构特征、性能及应用进行了深入而广泛的研究。碳纳米管具有独特的一维管状结构，较小的曲率半径，较大的长径比和机械强度，良好的热稳定性和化学稳定性等优点，使其成为理想的场发射阴极材料，在真空微电子器件领域具有广阔的应用前景。

目前，碳纳米管阴极常用的制备方法有丝网印刷法、电泳法、直接生长法等。丝网印刷具有流程简单、成本低廉、重复性好和可大面积印制等优点，然而残余的有机物在高温条件下放气，一定程度上会影响阴极场发射性能；电泳法具有工艺简单、成本低廉、制备周期短等优点，可以在任意形状的导电衬底上实现大面积制备等优点，但是碳纳米管和衬底间结合力很差，从而在场发射过程中由于脱落会引起发射电流的波动；直接生长法，即在衬底材料上直接生长定向或非定向的碳纳米管薄膜，这种方法具有杂质含量低，结合强度高等优点，但生长温度一般较高，在玻璃衬底上制备具有一定难度。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明提供一种碳纳米管的制备方法，能够增强碳纳米管与衬底的结合强度，使阴极能够提高发射电流的密度，改善发射稳定性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种碳纳米管阴极的制备方法，对不锈钢衬底表面进行抛光处理，以在所述不锈钢衬底表面上形成具有一定粗糙度的粗糙表面；将抛光处理好的不锈钢衬底放入磁控溅射室，对磁控溅射室抽真空至预定真空度，在所述粗糙表面磁控溅射预定厚度的钛过渡层，之后将溅射有钛过渡层的不锈钢衬底放入化学气相沉积室，向所述化学气相沉积室通入乙炔，乙炔在所述衬底上化学气相沉积以形成碳纳米管；在真空环境下对形成的所述碳纳米管进行退火处理。

相比于现有技术，本发明的有益效果在于，在不锈钢衬底上直接制备碳纳米管，这种方法制备碳纳米管的过程简单，制成的碳纳米管阴极杂质含量低且与衬底结合强度高，同时，钛过渡层在退火处理时，能与碳纳米管与衬底反应，将碳纳米管和衬底有机的结合，增强了二者的结合强度，减小了界面接触电阻，增强了电子转移能力，在碳纳米管阴极使用上述方法制备的碳纳米管时，能全面提高碳纳米管阴极的性能。另外，采用此方法制备的碳纳米管开启电场从2.7V/μm减小到1.4V/μm，12h内发射电流密度的衰减率从18%减小到7%。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明碳纳米管阴极的制备方法的流程图；

图2为本发明碳纳米管阴极的制备方法中所使用的衬底的示意图；

图3为本发明碳纳米管阴极的制备方法中在衬底上形成钛过渡层的示意图；

图4为本发明碳纳米管阴极的制备方法中生成碳纳米管的结构示意图。

附图标记：

11-衬底；12-钛过渡层；13-碳纳米管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明以下各实施例中，实施例的序号和/或先后顺序仅仅便于描述，不代表实施例的优劣。对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。