[发明专利]一种表面化学镀金属碳纳米管场致发射阴极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于碳纳米管场致发射阴极，更具体涉及一种表面具有化学镀金属碳纳米管场致发射阴极的制备方法。

背景技术

碳纳米管具有较大的比表面积、较高的长径比(＞1000)、优异的机械性能、以及良好的化学性稳定性等，由于其具备纳米级的尖端曲率半径以及较低的功函数，表现出很好的场致发射特性，是目前取代金属尖锥冷阴极发射材料的最为理想的准一维纳米材料。然而，高度的石墨化结构使碳纳米管表面反应活性很低，碳管自身易团聚，表面亲水性弱，化学活性低，与金属或树脂基质的湿润性差，结合力弱等缺点抑制了碳纳米管作为纳米材料的优越性能，影响了碳纳米管在各个领域上的应用前景。

目前，在场致发射显示领域中，碳纳米管阴极的制备方法主要有原位直接生长法和转移成膜法。其中原位直接生长法主要采用化学气相沉积法(CVD)，这种方法可以制备取向性的碳纳米管薄膜，然而这种制备方法存在着设备昂贵，成本高，生长温度达600～1000℃等缺点，并且生长的碳纳米管含有金属催化剂颗粒、无定形碳等杂质，这些缺点对碳纳米管阴极的基板有着比较苛刻的要求，如基板必须耐600℃以上的高温，阴极基板的面积受化学气相沉积设备大小的限制，而杂质会大大影响碳纳米管阴极的场致发射性能。转移成膜法是将碳纳米管提纯、剪切、分散处理，去除碳纳米管中的催化剂颗粒、无定形碳等杂质，然后加入其他媒介材料混合，通过球磨或搅拌等工艺将碳纳米管均匀分散在媒介材料中，选择丝网印刷法、滴涂、旋(喷)涂、浸拉、自组装、电泳沉积等多种方法中的一种在衬底电极上形成碳纳米管薄膜。这些方法避免了高温生长的问题，可以制备成大面积、低成本的碳纳米管阴极。然而，这些方法仍存在一些问题，如碳纳米管表面存在或多或少的缺陷，碳纳米管易受到有机浆料的包围，导电性及场发射性能不如直接生长的碳纳米管薄膜，需要合适的后处理技术；并且丝网印刷、旋(喷)涂的方法很难形成精细图形化的碳纳米管阴极，电泳沉积的碳纳米管薄膜与衬底电极的附着性差等等。

发明内容

本发明的目的是提供一种表面具有化学镀金属碳纳米管场致发射阴极的制备方法。该制备方法继承转移成膜法的优点，同时克服现有技术存在的不足，改善碳纳米管的电子传导和发射能力，同时改善碳纳米管薄膜与衬底电极的接触问题。

本发明的表面具有化学镀金属碳纳米管场致发射阴极的制备方法：将碳纳米管经过纯化、切短、分散处理，再通过敏化、活化处理，在碳纳米管表面形成贵金属催化中心，接着利用化学镀法在碳纳米管表面形成金属或金属层，然后将表面具有化学镀金属或金属层的碳纳米管与有机物混合制备成碳纳米管浆料，取碳纳米管浆料加入电泳溶剂中配制成分散均匀、稳定的碳纳米管电泳液，最后采用水平电泳装置与脉冲电泳沉积法制备表面具有化学镀金属碳纳米管场致发射阴极。

本发明的显著优点是：本发明是一种表面具有化学镀金属碳纳米管场致发射阴极的制备方法，使得碳纳米管的管壁被化学镀金属层包覆，让电子输运及电子隧穿的几率增加，提高场发射阴极的稳定性。碳纳米管场致发射阴极中大量的碳纳米管构成了导电网络，其发射尖端到导电衬底电极之间的连接情况也是多种多样的，有的可能是一根碳纳米管直接与衬底相连，有的则是借助于其它碳纳米管与衬底相连。由于大部分金属的功函数都低于碳纳米管的功函数，因此采用在碳纳米管表面化学镀金属的方法可以在碳纳米管与表面化学镀金属之间形成欧姆接触，以实现导电衬底电极与碳纳米管之间具有直接接触，使得这种表面化学镀金属的碳纳米管具有良好的电子传导和发射能力，且碳纳米管场致发射阴极与衬底电极能够形成良好的附着，易实现大面积、图形化、均匀性碳纳米管场致发射阴极的制备。从我们的实施例中，表面具有化学镀金属的碳纳米管场致发射阴极的开启场强和阈值场强都远远低于表面未处理的碳纳米管场阴极，发光均匀性更高，如表面化学镀。

附图说明

图1是碳纳米管预处理工艺中碳纳米管纯化、切短处理装置示意图，其中：搅拌器101、烧杯102、加热槽103和玻璃搅拌棒104。

图2是脉冲电泳沉积装置示意图，其中：表面化学镀金属碳纳米管电泳液201、阴极板202、阳极板203、阴阳极隔离支撑体204、电泳槽205、脉冲电源206。

图3是实施例1的表面具有化学镀金属Ag碳纳米管的形貌SEM图。

图4是实施例1的表面具有化学镀金属Ag碳纳米管场致发射阴极的发光效果图。

图5是实施例1的表面具有化学镀金属碳纳米管阴极与未化学镀碳纳米管阴极的J-E对比图。

图6是实施例3的表面具有化学镀金属Ni碳纳米管的形貌SEM图。

具体实施方式