[发明专利]一种场发射阴极材料、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种柔性场发射阴极材料、制备方法及其应用，该材料包括碳纤维基底以及生长在碳纤维基底上的类石墨相氮化碳。该柔性场发射阴极材料以碳纤维和尿素饱和溶液为原料在450℃～600℃下进行反应即可得到；该材料可用作真空电子器件中柔性场发射阴极。本发明生长的类石墨相氮化碳纳米材料均匀紧密的包覆在碳纤维上，类石墨相氮化碳纳米材料为纳米管状结构，结构的片层厚度较薄，具有丰富的边缘可提高其场发射因子，从而有效提高其场发射性能。整个制备过程在450℃～600℃下在碳纤维布柔性衬底上直接生长出类石墨相氮化碳，温度较低，制备过程简单、高效，原料成本低廉。

技术领域

本发明属于真空电子器件技术领域，具体涉及一种场发射阴极材料、制备方法及其应用。

背景技术

柔性场发射阴极因其独特的可变形、弯曲以及通过拉伸和弯曲实现阴极的电阻率及场发射性能调控的特性，在电子织物、分布式传感器、纸上显示器以及建筑物表面的大型弯曲显示等领域具有广泛的发展前景。目前应用最多的典型柔性衬底为聚合物、石墨烯和碳纤维布。其中，以碳纤维布为衬底制备的阴极具有很高的柔韧性，且碳纤维布在高温下有较高的稳定性，近年来得到快速发展。

目前已知的以碳纤维布为基底的柔性场发射阴极，主要以SiC、AlN、ZnO等材料的一维纳米结构为场发射体，通常采用热解或气相沉积等方法，在高温下生长出上述一维纳米结构。中国专利“一种N掺杂SiC纳米针柔性场发射阴极材料的制备方法(201510510666.6)”中需要采用1700～1800℃的高温热解反应来获得所需的SiC柔性场发射阴极材料，且需要气体保护；公开专利“SiC柔性场发射阴极材料(201310230977.8)”中，首先需要在260℃下热交联固化，再在1500～1550℃的高温热解反应，才能实现SiC柔性场发射阴极。可以看出目前以碳纤维布为基底的柔性场发射阴极的制备方法较为复杂和精密，需要高温和精确控制。另外以碳布为柔性基底的AlN或ZnO纳米结构场发射阴极，虽然也具有较为优异的场发射特性，但是AlN或ZnO纳米结构与碳布衬底的结合性能较差，限制了其实际应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷和不足，本发明的目的是提供一种新的场发射阴极材料、制备方法及其应用，可以在较低温度下制备出类石墨相氮化碳柔性场发射阴极，解决现有的场发射阴极材料制备温度高、制备过程复杂的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种柔性场发射阴极材料，该材料包括碳纤维基底以及生长在碳纤维基底上的类石墨相氮化碳。

具体的，所述的类石墨相氮化碳呈管状结构生长在碳纤维基底上。

本发明还公开了上述柔性场发射阴极材料的制备方法，以碳纤维和尿素溶液为原料在450～600℃下进行反应，得到表面生长有类石墨相氮化碳的碳纤维材料，即柔性场发射阴极材料。

具体的，将碳纤维布清洗并烘干后置于尿素溶液中超声30～60min；然后将溶液在450～600℃下保温1～5h，自然冷却；最后清洗烘干即可得到柔性场发射阴极材料。

具体的，所述的尿素溶液为尿素的饱和溶液。

具体的，所述的碳纤维布采用丙酮、乙醇和去离子水按照体积比为1：1：1混合的混合液进行清洗。

具体的，按照10～15℃/min升温速度升温至450～600℃。

本发明还公开了上述柔性场发射阴极材料用作真空电子器件中柔性场发射阴极的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明生长的类石墨相氮化碳纳米材料均匀紧密的包覆在碳纤维上；而且类石墨相氮化碳纳米材料为纳米管状结构，结构的片层厚度较薄，具有丰富的边缘可提高其场发射因子，从而有效提高其场发射性。