[发明专利]碳纳米管混合体系及制备方法、电子发射器和发射装置

说明书

技术领域

本发明的诸方面涉及使用碳化物衍生碳的碳纳米管混合体系(hybridsystem)，包括该碳纳米管混合体系的电子发射器，以及包括该电子发射器的电子发射装置，且更具体地，涉及能够使用比制造常规碳纳米管所用方法更便宜的方法制备且具有优异的均匀性和长的寿命的碳纳米管混合体系，包括该碳纳米管混合体系的电子发射器，以及包括该电子发射器的电子发射装置。

背景技术

通常，电子发射装置可以分成使用热阴极作为电子发射源的电子发射装置和使用冷阴极作为电子发射源的电子发射装置。使用冷阴极作为电子发射源的电子发射装置的实例包括场发射器阵列(FEA)型电子发射装置，表面传导发射器(SCE)型电子发射装置，金属绝缘体金属(MIM)型电子发射装置，金属绝缘体半导体(MIS)型电子发射装置，以及弹道电子表面发射(BSE)型电子发射装置。

FEA型电子发射装置基于如下原理工作：作为电子发射源的低功函数材料或高贝他函数(beta function)材料在真空条件下易于由于电荷差而发射电子。最近，已经发展了由Mo、Si等；碳质材料，比如石墨、类金刚石碳(DLC)等；以及纳米材料，比如纳米管、纳米线等形成的尖端形结构作为FEA型电子发射装置的电子发射源。

在SCE型电子发射装置中，在第一基底上第一电极面对第二电极，且具有细裂纹的导电薄膜位于第一和第二电极之间。这些细裂纹用作电子发射源。在该结构中，当电压施加到装置时，电流在导电薄膜的表面流动且电子通过作为电子发射源的细裂纹发射。

MIM型电子发射装置和MIS型电子发射装置分别包括具有金属-电介质层-金属(MIM)结构的电子发射源和具有金属-电介质层-半导体结构的电子发射源。当在由电介质层隔开的金属之间或金属和半导体之间施加电压时，电子移动、被加速、并从具有更高电荷的金属或半导体发射到具有更低电荷的金属。

BSE型电子发射装置基于如下的原理工作：当半导体被小型化到小于该半导体的电子的平均自由程的尺寸时，电子没有散射地传输。具体地，由金属或半导体形成的电子提供层形成在欧姆电极上，绝缘层和薄金属膜形成在电子提供层上，且电压施加到欧姆电极和薄金属膜以发射电子。

另外，FEA型电子发射装置能根据阴极和栅电极的位置分成顶栅极型电子发射装置和底栅极型电子发射装置。此外，FEA型电子发射装置能根据使用的电极的数目分成二极管电子发射装置、三极管电子发射装置、四极管电子发射装置等。

在上述电子发射装置中，通常使用包括在发射器中的碳基材料例如碳纳米管，其具有良好的导电性、电场聚集、电发射属性和低功函数。

然而，碳纳米管通常具有高场增强因子β的纤维形，纤维型碳纳米管材料具有许多问题，比如较差的均匀性和短寿命。此外，当纤维型碳纳米管制造为糊剂、墨水、浆料等时，与其它颗粒型材料相比在制造工艺中会发生问题，而且纤维型碳纳米管的原材料昂贵。

最近，为了克服这些缺点，已经对能够替代碳纳米管的由便宜的碳化物基化合物组成的材料进行了研究(韩国专利公开第2001-13225号)。

发明内容

本发明的诸方面提供了使用碳化物衍生碳的碳纳米管混合体系、制备该碳纳米管混合体系的方法，包括该碳纳米管混合体系的电子发射器以及包括该电子发射器的电子发射装置，其中该碳化物衍生碳采用比制造常规碳纳米管的方法便宜的方法制备并且具有优良的均匀性和长寿命。

根据本发明的一个方面，提供碳纳米管混合体系，其包括：通过碳化物化合物与含卤素族气体反应以提取除了碳之外的碳化物化合物的元素来制备的碳化物衍生碳；支撑在该碳化物衍生碳上或保留在该碳化物衍生碳中的金属；以及从提供的碳源生长在碳化物衍生碳上的碳纳米管。

根据本发明的另一方面，提供制备碳纳米管混合体系的方法，该方法包括：通过碳化物化合物与含卤素族气体反应来提取除了碳之外的碳化物化合物的所有元素；将碳化物衍生碳与含金属化合物混合并进行氢还原反应以将金属从含金属化合物转移到碳化物衍生碳；以及制备的碳化物衍生碳与碳源反应以从制备的碳化物衍生碳生长碳纳米管。

根据本发明的另一方面，提供制备碳纳米管混合体系的方法，该方法包括：通过碳化物化合物与含卤族气体反应来提取除了碳之外的碳化物化合物的元素，以及将产物与碳源反应以从制备的碳化物衍生碳生长碳纳米管。

根据本发明的另一方面，提供包括碳纳米管混合体系的电子发射器。

根据本发明的另一方面，提供包括电子发射器的电子发射装置。