[发明专利]一种具有双层纳米碳涂层的场发射阴极及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电子显示技术领域的场发射显示器阴极，具体来说，涉及一种具有双层纳米碳涂层的场发射阴极及制备方法。

背景技术

纳米碳管具有低的阈值电压、大的场增强因子，以及大的场发射电流，是一种理想的场发射阴极材料。但是纳米碳管与基底材料之间的热接触较差从而导致其发射电流的稳定性较差，限制了其在场发射领域的应用。纳米金刚石具有很高的热导率，而且纳米金刚石具备较低的功函数和负电子亲和势，也是一种优秀的场发射阴极材料。在基底和纳米碳管之间加入纳米金刚石，可以改善基底与纳米碳管之间的热接触，提高其场发射稳定性。

目前绝大多数以纳米碳管或金刚石为发射体的场发射阴极都采用在基底上直接沉积生长纳米碳管薄膜或金刚石薄膜的路线来制备。虽然场发射阴极特性优良，但薄膜的生长过程较为复杂，且生长面积受到限制，不利于实现场发射阴极向低成本、大面积的实用化方向发展。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种具有基底——化学键合层——纳米金刚石涂层——纳米碳管涂层的四层结构的场发射阴极，即具有双层纳米碳涂层(即纳米金刚石涂层及纳米碳管涂层)结构的场发射阴极。

本发明的另一目的在于提供一种具有双层纳米碳涂层的场发射阴极的制备方法，简单高效地制备出能够兼顾场发射特性以及场发射稳定性的场发射阴极。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

一种具有双层纳米碳涂层的场发射阴极，所述的场发射阴极包括基底，基底上沉积有纳米金刚石涂层，基底和纳米金刚石涂层之间形成了一层化学键合层，纳米金刚石涂层上沉积有纳米碳管涂层。

如上所述的具有双层纳米碳涂层的场发射阴极，所述的基底为金属钛基底，所述的化学键合层为TiC化学键合层。

一种如上所述的具有双层纳米碳涂层的场发射阴极的制备方法，该方法首先将纳米金刚石通过电泳沉积的方法涂覆在基底上，形成纳米金刚石涂层；

然后将纳米碳管通过电泳沉积的方法涂覆在纳米金刚石涂层上，形成纳米碳管涂层；

最后使基底与纳米金刚石涂层发生化学键合反应，得到化学键合层。

如上所述的制备方法，所述的基底为金属钛基底，所述的化学键合层为TiC化学键合层。

该方法具体包括以下步骤：

步骤一，选择金属钛片作为基底，金属钛片的一面进行研磨、抛光后置于丙酮中超声清洗，然后用去离子水冲洗后经乙醇脱水；

步骤二，配置纳米金刚石电泳液：选用质量比为纳米金刚石：碘＝1：2的混合物为溶质；选用体积比为去离子水：丙酮：异丙醇＝1：1：20的混合液为溶剂，使纳米金刚石含量为0.23mg/ml；

将溶质和溶剂混合后进行超声分散，超声功率99W、超声时间30min、超声温度30℃～40℃，形成混合均匀的纳米金刚石粉电泳液；

步骤三，将金属钛片抛光的一面作为阴极，不锈钢片作为阳极，两极板间距为1cm，电泳电压60V，电泳时间2min，在金属钛片抛光的一面上沉积纳米金刚石涂层；

步骤四，配置纳米碳管电泳液：以纳米碳管为溶质，异丙醇为溶剂，将两者混合，使纳米碳管的含量为0.2mg/ml；对混合物进行超声分散，超声功率99W、超声时间30min、超声温度30℃～40℃，形成混合均匀的纳米碳管电泳液；

步骤五，将金属钛片已涂覆了纳米金刚石涂层的一面作为阴极，不锈钢片作为阳极，两极板间距为1cm，电泳电压60V，电泳时间8min，在纳米金刚石涂层表面继续沉积纳米碳管涂层；

步骤六，将沉积了纳米金刚石涂层和纳米碳管涂层的金属钛片置入真空热处理系统中进行热处理，热处理时真空热处理系统的真空度为3×10^-3Pa，温度为700℃，处理时间为10min，在基底与纳米碳材料之间形成化学键合，得到双层纳米碳涂层场发射阴极。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

本发明的电泳沉积工艺简单，容易控制，阴极制备产率高，成本低廉，适合批量生产；可大面积制备，满足平板显示器的大屏幕显示要求。