[发明专利]碳纳米管场发射阴极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及场发射技术领域，特别是涉及一种碳纳米管场发射阴极及其制备方法。

背景技术

碳纳米管是一种新型碳纳米材料，其具有优异的导电率，由纳米级的尖端而产生的出色的电子发射能力以及稳定的机械化学特性等特点，是一种理想的场发射材料，表现为可即时开关，开启电场低，发射电流密度大，有望在场发射领域得到广泛应用。

碳纳米管在场发射中的应用的关键在于制备出可连续稳定发射电子、发射电流较大的碳纳米管阴极。目前，常用的方法包括化学气相沉积（CVD）法、丝网印刷法以及电泳法。其中，电泳法工艺简单易控制，制备周期短，可以在任意形状和尺寸的衬底上大面积制备碳纳米管场发射阴极，实际应用前景广阔。它是将碳纳米管、分散剂、电荷添加剂等均匀分散于水或有机溶剂中，在直流或交流电场作用下，碳纳米管向阳极或者阴极移动，并沉积到导电基板上。电泳法存在的问题在于，碳纳米管层与导电基板的结合力较弱，接触电阻大，导致场发射电流较小，发射不够稳定。

发明内容

基于此，有必要针对提供一种发射电流较大、发射较稳定的碳纳米管场发射阴极。

一种碳纳米管场发射阴极，包括导电基板和依次层叠于所述导电基板上的石墨烯层和碳纳米管层。

在其中一个实施例中，所述石墨烯层的材料包括石墨烯和第一电荷添加剂。

在其中一个实施例中，所述第一电荷添加剂的质量是所述石墨烯的质量的0.13～64%。

在其中一个实施例中，所述第一电荷添加剂为镁离子、铝离子、镍离子、铁离子或银离子。

在其中一个实施例中，所述碳纳米管层的材料包括碳纳米管和第二电荷添加剂。

在其中一个实施例中，所述第二电荷添加剂的质量是所述碳纳米管的质量的0.13～64%。

在其中一个实施例中，所述第二电荷添加剂为镁离子、铝离子、镍离子、铁离子或银离子。

在其中一个实施例中，所述石墨烯层的厚度为0.1微米～1微米。

在其中一个实施例中，所述碳纳米管层的厚度为1微米～10微米。

一种碳纳米管场发射阴极的制备方法，包括如下步骤：

提供导电基板；

分别配制含有石墨烯的电泳液和含有碳纳米管的电泳液；

将所述导电基板放入所述含有石墨烯的电泳液中，电泳沉积石墨烯至在所述导电基板上，得到层叠有石墨烯层的导电基板；及

将所述层叠有石墨烯层的导电基板放入所述含有碳纳米管的电泳液中，电泳沉积碳纳米管至所述石墨烯层上，形成层叠于所述石墨烯层上的碳纳米管层，得到所述碳纳米管场发射阴极。

在其中一个实施例中，还包括将所述碳纳米管层烘干的步骤。

在其中一个实施例中，所述将所述导电基板放入所述含有石墨烯的电泳液中，电泳沉积石墨烯至在所述导电基板上，得到层叠有石墨烯层的导电基板的步骤中，所述电泳的电压为100伏～200伏特，电泳的时间为10秒～60秒。

在其中一个实施例中，所述将所述导电基板放入所述含有石墨烯的电泳液中，电泳沉积石墨烯至在所述导电基板上，得到层叠有石墨烯层的导电基板的步骤中，以所述导电基板为阴极，导电基片作为阳极，所述阴极和阳极的距离为0.1厘米～5厘米。

在其中一个实施例中，所述将所述层叠有石墨烯层的导电基板放入所述含有碳纳米管的电泳液中，电泳沉积碳纳米管至所述石墨烯层上，形成层叠于所述石墨烯层上的碳纳米管层的步骤中，所述电泳的电压为100伏～200伏特，电泳的时间为1分钟～5分钟。

在其中一个实施例中，所述将所述层叠有石墨烯层的导电基板放入所述含有碳纳米管的电泳液中，电泳沉积碳纳米管至所述石墨烯层上，形成层叠于所述石墨烯层上的碳纳米管层的步骤中，以所述层叠有石墨烯的导电基板作为阴极，导电基片作为阳极，所述阴极和阳极的距离为0.1厘米～5厘米。

上述碳纳米管场发射阴极包括导电基板和依次层叠于导电基板上的石墨烯层和碳纳米管层，石墨烯的理论比表面积高达2600m²/g，其独特的二维结构能够进行有效的电热传输，具有比碳纳米管更加优异的热学和电学性能，在导电基板和碳纳米管层之间设置石墨烯层，充分发挥石墨烯比表面积巨大以及导电散热优异的特性，能够提高碳纳米管层的附着力，提高发射电流和稳定性。

附图说明

图1为一实施方式的碳纳米管场发射阴极的结构示意图；

图2为一实施方式的碳纳米管场发射阴极的制备方法的流程图；