[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

摘要

本发明提供了一种具有双层纳米碳涂层的场发射阴极及制备方法，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；最后在热丝化学气相沉积系统中热处理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。得到具有基底——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，该场发射阴极兼备纳米碳管与纳米金刚石的优点，具有良好的场发射特性及场发射稳定性。

主权项

一种具有双层纳米碳涂层的场发射阴极的制备方法，其特征在于：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；化学键合层可使基底与碳材料涂层牢固粘接，并提供从基底到碳材料的电子传输路径；纳米金刚石涂层可改善纳米碳管与衬底的热接触，同时纳米金刚石也可作为场发射体；纳米碳管涂层为主要的场发射体；所述的纳米金刚石涂层为纳米金刚石颗粒组成；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；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。