[发明专利]一种纳米碳片-碳纳米管复合结构场发射阴极的制备方法

权利要求书

1.一种纳米碳片-碳纳米管复合结构场发射阴极的制备方法，其特征是：在用热化学气相沉积法制备的碳纳米管阵列上利用微波等离子体增强化学气相沉积法生长纳米尺度的碳片，调节微波功率为150-180W、基底温度为1073K、反应室气压为1kPa、在高碳源气浓度下沉积3-5小时，最终获得不同形貌的纳米碳片-碳纳米管复合结构场发射阴极材料；所述的高碳源气浓度指的是氢气流量为10sccm时，对应的乙炔流量为6-10sccm；所述的纳米碳片指的是直径大多为30-100纳米、边缘层数一般为2-5层的密集分布的碳片。

2.权利要求1所述的纳米碳片-碳纳米管复合结构场发射阴极的制备方法，其特征是：制备碳纳米管阵列的方法可以是传统的热化学气相沉积法，也可以是任意的可用于制备阵列碳纳米管的方法。

3.权利要求1所述的纳米碳片-碳纳米管复合结构场发射阴极的制备方法，其特征是：用于沉积纳米碳片的等离子体增强化学气相沉积装置可以是微波源驱动的，也可以是射频源驱动的。

4.根据权利要求1 所述的纳米碳片-碳纳米管复合结构场发射阴极的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：

（1）将硅单晶片依次在去离子水、丙酮和无水乙醇中各超声清洗10分钟，超声功率为50W；

（2）将步骤（1）得到的硅晶片置入到体积比为4%的氢氟酸中浸泡5分钟；

（3）对步骤（2）得到的硅晶片在金属蒸汽真空弧离子源（MEVVA源）中进行载能铁离子轰击预处理，轰击时铁离子能量约为15keV，束流为10毫安，处理时间为15分钟；

（4）将步骤（3）得到的载能铁离子轰击过的硅晶片置入磁控溅射装置中沉积厚度为5纳米的铁催化剂；

（5）将步骤（4）得到的沉积有5纳米铁催化剂的硅片放入高温石英管式炉中，先将催化剂在400sccm氢气、853K条件下热处理1小时，后在150sccm氨气、1023K条件下处理10分钟，最后在87sccm乙炔、600sccm氢气、1023K 条件下常压生长碳纳米管阵列，生长时间为30分钟；

（6）将步骤（5）得到的碳纳米管阵列放入微波等离子体增强化学气相沉积装置的反应室中，通入10sccm高纯氢气（5N），调节反应室气压约为1kPa，并对基底加热至1073K，等待温度稳定；

（7）在步骤（6）的基础上启动微波源，调节微波功率为150-180W，并通入6-10sccm的乙炔气，并迅速调节气压至稳定为1kPa，即开始碳片的沉积，生长时间为3-5小时，最终所得即为纳米碳片-碳纳米管复合结构材料，并将其作为场发射阴极材料按常规方法组装场电子发射器件。