[发明专利]场发射电子源

说明书

技术领域

本发明涉及一种场发射电子源，尤其涉及一种基于碳纳米管的场发射电子源。

背景技术

场发射电子源在低温或者室温下工作，与电真空器件中的热发射电子源相比具有能耗低、响应速度快以及低放电等优点，因此用场发射电子源替代电真空器件中的热发射电子源成为了人们研究的一个热点。

碳纳米管(Carbon Nanotube, CNT)是一种新型碳材料，由日本研究人员Iijima在1991年发现，请参见Helical Microtubules of Graphitic Carbon, S. Iijima, Nature, vol.354, p56 (1991)。碳纳米管具有极优异的导电性能、良好的化学稳定性和大的长径比，且其具有几乎接近理论极限的尖端表面积(尖端表面积愈小，其局部电场愈集中)，因而碳纳米管在场发射真空电子源领域具有潜在的应用前景。目前的研究表明，碳纳米管是已知的最好的场发射材料之一，它的尖端尺寸只有几纳米至几十纳米，具有低的开启电压，可传输极大的电流密度，并且电流稳定，使用寿命长。因而碳纳米管是一种极佳的点电子源，可应用在电子发射显示器、扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope)、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope)等设备的电子发射部件中。

现有的碳纳米管场发射电子源一般包括一导电基体和一根碳纳米管，该碳纳米管的一端作为场发射尖端，碳纳米管的另一端与该导电基体电联接，请参见Growth of single-walled Carbon nanotubes on the given Locations for AFM Tips, Wang Rui , Acta Physico-Chimica Sinica, vol.23, p565 (2007)。

但是，由于单根碳纳米管尺寸较小，在将单根的碳纳米管与导电基体电连接的过程中往往需要昂贵的设备原子力显微镜和扫描隧道显微镜的辅助，使得这种将单根碳纳米管与导电基体电联接所形成的场发射电子源的制备过程操作复杂，成本较高。这种由单根碳纳米管与基体电连接所组成的场发射电子源的结构，由于单根碳纳米管的尺寸较小，其与基体接触面积较小，导致碳纳米管与基体之间的结合力较小，容易脱落，难以承受较大的电场力，使这种场发射电子源的寿命较短。同样由于单根碳纳米管与导电基体的接触面积较小，碳纳米管在形成场发射电流时所产生的热量不易传播出去，这种场发射电子源所能承受的场发射电流较小。而且由于这种场发射电子源的制备过程操作复杂，成本较高，导致这种场发射电子源的成本较高。

因此，确有必要提供一种场发射电子源，该场发射电子源场发射性能好，可承受较大的电场力，寿命较长，且可承载较大的场发射电流。

发明内容

一种场发射电子源，其包括一导电基体，该场发射电子源进一步包括一碳纳米管针尖，该碳纳米管针尖为一碳纳米管束状结构，该碳纳米管束状结构包括多个沿碳纳米管针尖轴向定向延伸且首尾相连的碳纳米管，该碳纳米管针尖具有一第一端以及与第一端相对的第二端，该碳纳米管针尖的第一端与该导电基体电连接，该碳纳米管针尖的第二端的顶部为一根突出的碳纳米管。

与现有技术相比较，该场发射电子源具有以下优点：其一，采用的碳纳米管针尖为由多个碳纳米管通过范德华力连接组成的一碳纳米管束状结构，其尖端只有一根碳纳米管，尖端处的碳纳米管被其他周围的碳纳米管通过范德华力牢牢固定，因此尖端的碳纳米管可以承受较大的电场力；其二，由于作为场发射尖端的碳纳米管通过碳纳米管束状结构与导电基体相连，碳纳米管针尖与导电基体的基础面积较大，因此场发射电流加热产生的热量也可以及时有效的通过其周围的碳纳米管传导出去，故该场发射电子源可以承载较大的场发射电流。

附图说明

图1是本技术方案实施例的场发射电子源的结构示意图。

图2是图1中碳纳米管针尖的结构示意图。

图3是本技术方案实施例的碳纳米管针尖的扫描电镜照片。

图4是本技术方案实施例的碳纳米管针尖的透射电镜照片。

图5是本技术方案实施例的场发射电子源的制备方法的流程图。

图6是本技术方案实施例的碳纳米管薄膜经有机溶剂处理后的照片。

图7是本技术方案实施例的碳纳米管线通电流加热装置示意图。

图8是本技术方案实施例的碳纳米管线的示意图。

图9是本技术方案实施例的碳纳米管线碳纳米管线熔断后的示意图。