[发明专利]弹道电子发射源及其制备方法

权利要求书

1.一种弹道电子发射源，包括电导体丝，单壁碳纳米管，其特征在于所述电导体丝前端为针尖形；单壁碳纳米管直径为1-2纳米，长度为10～100纳米，并组装在电导体丝的针尖上；碳纳米管与电导体丝交接处形成碳化物。

2.如权利要求1所述的弹道电子发射源，其特征在于所述电导体丝直径为0.3-0.5毫米，前端针尖曲率半径为100纳米-10微米，电导体丝材料选自W，Si，Ti或Nb。

3.一种制备权利要求1所述的弹道电子发射源的方法，其步骤包括：

1)将电导体丝的前端制备成电导体丝针尖；

2)将直径为1-2纳米、长度为10～100纳米、纯度达到90％以上的单壁碳纳米管进行稀释，直至到单壁碳纳米管重量比在1％以下，并使之充分分离，均匀分布，得到碳纳米管组装溶液； 

3)将电导体丝针尖置于金属片上方，将碳纳米管溶胶液滴到针尖和不锈钢片之间，然后将水分全部蒸发，使一个碳纳米管组装在针尖上；

4)在高真空条件下，加热针尖，或用电子束轰击针尖，在针尖与碳纳米管交接处形成碳化物。

4.如权利要求3所述的制备弹道电子发射源的方法，其特征在于选用直径0.3-0.5毫米的电导体丝，用电化学法将其前端腐蚀成曲率半径为100纳米-10微米的针尖；电导体丝材料选自W，Si，Ti或Nb。

5.如权利要求3所述的制备弹道电子发射源的方法，其特征在于

1)用化学氧化法切割长单壁碳纳米管制备直径为1-2纳米、长度为10～100纳米的单壁碳纳米管，然后进行提纯和过滤，使单壁碳纳米管的纯度达到90％以上；

2)用去离子水或无水乙醇制成重量比单壁碳纳米管为1％的水溶胶体或乙醇胶体；

3)将上述胶体置于细长石英管中密封存放四周以上，分离碳纳米管长度，得到碳纳米管源液；

4)将源液用10倍的去离子水或乙醇稀释，在容器中超声处理20分钟，使碳纳米管充分分离，均匀分布，得到组装溶液。

6.如权利要求3所述的制备弹道电子发射源的方法，其特征在于将金属丝针尖垂直置于不锈钢片上方，相距为1～2mm；用滴定管将碳纳米管溶胶液滴到针尖和不锈钢片之间；在两电极间加振幅为100伏左右频率为5MHz左右的电压，用500W左右红外灯烘烤，直到水分全部蒸发，使一个碳纳米管组装在针尖上。

7.如权利要求3所述的制备弹道电子发射源的方法，其特征在于

1)将组装上碳纳米管的针尖送入FEM/FIM系统；

2)400℃左右条件下烘烤FEM/FIM系统10小时左右，使真空好于10^-7Pa；

3)通过与针尖接触的钼丝电流产生的焦耳热加热样品，进行气体脱附，从500～1000℃，逐步提高脱附温度，直至彻底脱附吸附气体，并在针尖与碳纳米管交接处形成碳化物；

4)从FEM/FIM真空室中取出针尖，得到本发明的弹道电子发射源。

8.如权利要求3所述的制备弹道电子发射源的方法，其特征在于对针尖的组装进行检查，将组装有短单壁碳纳米管的针尖送入TEM的真空室中检查碳纳米管在针尖上的组装情况。

9.一种制备权利要求1所述的电子发射源的方法，其步骤包括：

1)将电导体丝的前端制备成电导体丝针尖

2)在上述针尖上电镀催化剂纳米粒子；

3)将缚有催化剂针尖置于石墨板孔中，在小于1000℃条件下，10-500升/分含碳气体和氢气流量氛炉中，其中含碳气体和氢气流量比为1∶2-1∶9，在针尖上用CVD方法生长直径为1-2纳米、长度为10～100纳米的单壁碳纳米管；

5)在高真空条件下，加热针尖，或用电子束轰击针尖，在针尖与碳纳米管交接处形成碳化物。

10.如权利要求9所述的制备弹道电子发射源的方法，其特征在于选用直径0.3-0.5毫米的电导体丝，用电化学法将其前端腐蚀成曲率半径为100纳米-10微米的针尖；电导体丝材料选自W，Si，Ti或Nb。

11.如权利要求9所述的制备弹道电子发射源的方法，其特征在于催化剂纳米粒子选自Fe，Co，Ni，Y。