[发明专利]场发射阴极及其制备方法

说明书

本发明提供了一种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，得到含有六方氮化硼纳米片薄膜的基板；提供阳极，以所述含有六方氮化硼纳米片薄膜的基板作为阴极，并将所述阴极接地处理；将所述阴极和所述阳极置于真空环境中，对所述阳极施加电压逐渐升高的正向电压，直至发生打火现象，得到六方氮化硼纳米片场发射阴极。

技术领域

本发明属于场发射技术领域，尤其涉及一种场发射阴极及其制备方法。

背景技术

真空电子器件在通讯、空间技术、安全检测、医疗成像等领域中有着广泛的应用。真空电子器件的核心部件是阴极，用于产生真空器件工作所需的电子束流。目前，使用最广泛的阴极是金属热阴极。然而，热阴极存在体积大、热辐射功耗大、开启时间长、高温下材料蒸发等缺陷，限制了真空电子器件向微型化和集成化方向发展。

近年来，基于各种一维/二维纳米材料的场致发射冷阴极得到了研究者的广泛关注和研究，在较低的电场下，其纳米级的尖端可以形成局域增强效应，电子在较低的电场作用下就能够发生隧穿效应，形成极大的发射电流。比如，以石墨烯为代表的二维纳米材料具有丰富的边缘结构，可以作为有效的电子发射地址，再加上其稳定的机械化学性能，以及优异的导电导热特性，是一种理想的场发射纳米材料。相比于热阴极，场发射阴极具有室温工作、快速响应、低功耗、可微型化等优势，应用于真空电子器件可以优化结构，获得优异的功率和频率特性。然而，现有的二维纳米材料场发射阴极存在发射电流和电流密度小，发射稳定性差等问题，还无法满足高性能器件应用的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种场发射阴极及其制造方法，旨在解决现有的二维纳米材料场发射阴极存在电流密度小，长期发射稳定性差的问题。

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，得到含有六方氮化硼纳米片薄膜的基板；

提供阳极，以所述含有六方氮化硼纳米片薄膜的基板作为阴极，并将所述阴极接地处理；将所述阴极和所述阳极置于真空环境中，对所述阳极施加电压逐渐升高的正向电压，直至发生打火现象，得到六方氮化硼纳米片场发射阴极。

优选的，将所述阴极和所述阳极置于真空环境中，对所述阳极施加电压逐渐升高的正向电压的步骤中，增加所述阳极施加的正向电压的强度，使得所述正向电压的相对值大于等于25V/μm。

优选的，所述真空环境的真空度为1×10^-5~1×10^-7。

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。

优选的，所述溶剂为有机醇和水的混合溶剂，且所述混合溶剂中，所述有机醇的体积百分含量为30%~70%。

优选的，所述溶剂为体积比为1:1的乙醇和水的混合溶剂。

优选的，所述六方氮化硼纳米片分散液的浓度为0.5mg/mL~10mg/mL。

优选的，所述六方氮化硼纳米片分散液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