[发明专利]石墨烯场发射阴极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种石墨烯场发射阴极，包括导电基板，结合在所述导电基板一表面的六方氮化硼纳米片薄膜，以及结合在所述六方氮化硼纳米片薄膜背离所述导电基板的表面的石墨烯发射薄膜。本发明提供的石墨烯场发射阴极，具有优异的电流发射稳定性。

技术领域

本发明属于场发射技术领域，尤其涉及一种石墨烯场发射阴极及其制造方法。

背景技术

石墨烯由平面内堆积成周期性六边形晶格结构的单层碳原子组成，是一种新型二维碳纳米材料。石墨烯具有优异的导电性能和热传导特性，稳定的化学性能以及非常高的机械强度，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。特别的，石墨烯具有丰富的纳米级边缘结构，可以作为高效的电子发射地址。因此，作为一种理想的场发射材料，石墨烯有望在真空微波器件、场发射显示器、X射线源等领域得到应用。

石墨烯作为场发射材料在应用时要求大的发射电流以及良好的发射稳定性，然而，现有方法制备的石墨烯阴极仍然存在问题。例如，采用化学气相沉积法制备石墨烯阴极，石墨烯通常平行于衬底方向，导致有效发射尖端少，发射电流低。此外，采用化学气相沉积法制备石墨烯薄膜，需要经过复杂的转移工艺，转移到导电衬底上，因此工艺繁琐。采用电泳沉积方法制备的石墨烯阴极，直接在导电基板上沉积石墨烯阴极，因此，不需要经过膜转移步骤；同时，电泳沉积的石墨烯排列不严格，因此相较于化学气相沉积法制备的石墨烯阴极，其有效发射尖端增加。但是，采用电泳沉积方法制备的石墨烯阴极，石墨烯与衬底之间结合力小，石墨烯阴极发射过程中容易脱落，使得电流迅速衰减或显著波动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯场发射阴极及其制造方法，旨在解决现有的石墨烯场发射阴极存在场发射电流稳定性差的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明第一方面提供一种石墨烯场发射阴极，包括导电基板，结合在所述导电基板一表面的六方氮化硼纳米片薄膜，以及结合在所述六方氮化硼纳米片薄膜背离所述导电基板的表面的石墨烯发射薄膜。

优选的，所述六方氮化硼纳米片薄膜中的六方氮化硼纳米片的尺寸为0.1μm～10μm，厚度为1nm～50nm。

优选的，所述石墨烯发射薄膜中的石墨烯的横向尺寸为1μm～10μm。

优选的，所述六方氮化硼纳米片薄膜的厚度为0.1μm～1μm。

优选的，所述石墨烯发射薄膜中的石墨烯为单层石墨烯或多层石墨烯，且所述石墨烯发射薄膜的厚度为1μm～20μm。

优选的，所述导电基板选自基材为铁、钛、铜、铬、钴、镍、钨、钼、钽、铂中的至少一种形成的金属基板；或

所述导电基板为表面设置有金属薄膜的绝缘基板，其中，所述金属薄膜的基材选自铁、钛、铜、铬、钴、镍、钨、钼、钽、铂中的至少一种；或

所述导电基板为氧化铟锡导电玻璃或硅片。

本发明第二方面提供一种石墨烯场发射阴极的制备方法，包括以下步骤：

提供导电基板；

配置六方氮化硼纳米片分散液，在所述导电基板上沉积所述六方氮化硼纳米片分散液，干燥后形成六方氮化硼纳米片薄膜；

在所述六方氮化硼纳米片薄膜背离所述导电基板的表面沉积石墨烯，制备石墨烯发射薄膜。

优选的，配置六方氮化硼纳米片分散液的方法包括：

提供六方氮化硼纳米片原料，将所述六方氮化硼纳米片原料加入溶剂中，在超声功率为200W～500W的条件下超声处理8小时～24小时，离心处理制备得到六方氮化硼纳米片分散液。