[发明专利]石墨烯新的用途以及一种石墨烯阴极荧光灯

说明书

技术领域

本发明涉及石墨烯的新用途，具体涉及石墨烯作为场致发光光源的应用，以及基于该应用而设计的一种新型荧光灯。

背景技术

石墨烯的问世引起了全世界的研究热潮。它不仅是已知材料中最薄的一种，还非常牢固坚硬；作为单质，石墨烯在原子尺度上结构非常特殊，必须用相对论量子物理学(relativistic quantum physics)才能描绘。石墨烯结构非常稳定，迄今为止，研究者仍未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况。石墨烯中各碳原子之间的连接非常柔韧，当施加外部机械力时，碳原子面就弯曲变形，从而使碳原子不必重新排列来适应外力，也就保持了结构稳定。这种稳定的晶格结构使碳原子具有优秀的导电性。石墨烯中的电子在轨道中移动时，不会因晶格缺陷或引入外来原子而发生散射。由于原子间作用力十分强，在常温下，即使周围碳原子发生挤撞，石墨烯中电子受到的干扰也非常小。由于石墨烯问世时间仅有六年多，对其研究仅限于理论层面，其产业化的应用并未发掘。

目前常见的照明光源，按发光原理划分，主要分为白炽灯，低压气体放电灯、高压气体放电灯，场致发光光源四类。白炽灯通过热能激发钨灯丝的原子自发跃迁发光，其光效低，寿命短；低压气体放电灯通过钨灯丝加热发射电子轰击汞蒸气辐射紫外光，紫外光激发荧光粉发光，高压气体放电灯通过在汞和其它金属化和物混合蒸气中产生电弧放电发光，高压和低压气体放电灯本身都含有汞等有毒物质，光源损坏后，汞排放到环境中，对环境是极大的污染。场致发光光源通过电场的能量转换发光，具有绿色环保、开发光效高等特点，因此，场致发光光源已成为电光源产品发展的方向。

碳纳米管被发现后，人们尝试利用碳纳米管的场发射性能制作电光源阴极的场发射体，其具备的节能、环保等优势引起业界的关注。西门子、东芝、三星等公司均把碳纳米管阴极照明灯作为新型照明光源的发展方向，投入大量人力、物力进行相关研究，但受制于碳纳米管本身在场发射稳定性、均匀性、寿命等方面的性能限制以及制备工艺成熟度的影响，这些研究尚处于实验室研制阶段。因此，寻找一种新的具有更强场发射能力，发射电流更为稳定、均匀性更好的场发射材料，成为场发射冷阴极荧光灯发展的重要方向。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提出石墨烯在产业上的一种新的用途。

本发明的另一个目的是基于上述新用途而提供一种光效高、节能效果好、发光均匀性好，寿命长的一种石墨烯阴极荧光灯。

石墨烯新的用途是作为场致发光光源的场发射阴极材料。所述石墨烯为具有负电子亲和势的分型石墨烯材料。

基于石墨烯新的用途而发明的一种石墨烯阴极荧光灯，包括透明玻璃管，玻璃管开口端设有用于封闭玻璃管的玻璃芯柱，玻璃管内为真空；其特征在于：采用场致发光光源，在玻璃管内设有阳极、阴极和栅极；阳极由依次连接的阳极导电膜、阳极接线柱和阳极电极构成，阴极由依次连接的场发射阴极、阴极座和阴极电极构成，栅极由相互连接的栅极金属网和栅极电极构成，阳极电极、阴极电极和栅极电极固定在玻璃芯柱上并从玻璃芯柱中穿出；所述阳极导电膜沿轴向覆盖于玻璃管内壁，在阳极导电膜表面设有荧光层；所述场发射阴极为石墨烯材料制成的长条形并沿轴向设于玻璃管中部；栅极金属网为长条形，其断面为圆弧形，位于场发射阴极和荧光层之间并靠近场发射阴极将其半包围罩住。

在玻璃芯柱内壁及玻璃管靠近玻璃芯柱部分内壁设有吸气剂层。

所述石墨烯材料为具有负电子亲和势的分型石墨烯材料。

玻璃管内的真空度为低于3×10^-3Pa的低真空状态。

所述阳极导电膜为金属铝或金属银导体；荧光层为一层或多层均匀荧光粉层；所述阴极座为金属铜。

阳极导电膜在圆周方向覆盖玻璃管内壁，覆盖角度为α，0＜α＜180°。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明迈出了石墨烯从理论研究到实际应用的第一步。

2、基于上述新用途而提供的石墨烯阴极荧光灯具有光效高、节能效果好、发光均匀性好，寿命长等特点。所述场发射阴极为石墨烯材料制成的长条形并沿轴向设于玻璃管中部，由金属网栅极极将其半包围罩住。相比于现在以碳纳米管为阴极的场发射阴极荧光灯，具有负电子亲和势的分型石墨烯材料(Fractal Graphene with NEA，简称FGN)启动场强阈值低，仅为0.22-0.40伏/微米，电子发射能力强；具有良好的电子发射均匀性，结构稳定(生长温度在1300℃以上)，耐压能力强(超过3万伏)。