專利名稱：玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息顯示領(lǐng)域的技術(shù)，尤其是玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金 剛石薄膜使用的漿料及其制備方法，該玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄 膜使用的漿料可用于制備復(fù)合納米金剛石薄膜，用于制作極地考察、航空 航天等的顯示器陰極。
背景技術(shù)：
金剛石晶體具有自然界已有物質(zhì)中最高的硬度、它的莫氏硬度為10。 金剛石的熔點(diǎn)為400(TC;它還具有很高的熱導(dǎo)率，天然II類金剛石室溫下 的導(dǎo)熱率為26W/(CM， K)，是銅的5倍。天然I類金剛石室溫下的導(dǎo)熱率 為9W/(CM* K)，人造優(yōu)質(zhì)單晶金剛石室溫下的導(dǎo)熱率為18 20W/(CM， K)， 一般有缺陷的人造單晶金剛石室溫下的導(dǎo)熱率為4.5 6.5W/(CM* K)， 而一般的人造多晶金剛石室溫下的導(dǎo)熱率為4 10W/(CM K)。極好的熱
導(dǎo)率使其成為需要快速熱擴(kuò)散的微波電子源的首選材料。
金剛石禁帶寬度數(shù)值為5.3 5.5eV,介電常數(shù)e r為5.58±0.03，天然金 剛石的電阻率為1010Q* CM，天然II類金剛石室溫下的電阻率為1 108 CM，其硼的受主能級(jí)位于價(jià)帶之上約0.37eV，具有很高的飽和載流子 速度。金剛石的擊穿場(chǎng)強(qiáng)高達(dá)100X105V/cm。金剛石具有很好的化學(xué)穩(wěn)定 性，耐酸耐腐蝕。即使在高溫下各種酸對(duì)金剛石幾乎不起作用，空氣中較 大尺寸的金剛石晶體在600 70(TC以下和金剛石微粉晶體在450 500°C 以下均是很穩(wěn)定的。雖然金剛石的功函數(shù)高達(dá)5.8eV，但是金剛石具有負(fù)的電子親和勢(shì)。尤其納米金剛石晶體內(nèi)部為SPS鍵，使其具有很高的機(jī)械強(qiáng) 度和化學(xué)穩(wěn)定性決定了其良好的絕緣性、穩(wěn)定性及高硬度；納米金剛石晶 粒越小，表層的SPS鍵越多，其場(chǎng)發(fā)射性能越好。因而納米金剛石薄膜作 為電子源成為國(guó)際上電子發(fā)射研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。
目前國(guó)際國(guó)內(nèi)制備納米金剛石薄膜的方法，較之早期高溫高壓的爆炸 法清潔可靠，并可沉積高質(zhì)量的薄膜，目前制備金剛石薄膜的主流工藝方 法，有化學(xué)氣相沉積(MOCVD)，熱絲法MPCVD法，射頻放電法，等離 子體炬法等。國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)在采取何種氣源氣氛來(lái)沉積高質(zhì)量納米金 剛石薄膜也進(jìn)行了廣泛的探索和研究，目前常見(jiàn)于文獻(xiàn)資料的氣源氣氛有 CH4/H2CH4/Ar、 CH線等。
金剛石薄膜的制備方法雖然有很多種，但是這些生長(zhǎng)方法都不能得到 大面積均勻的場(chǎng)發(fā)射性能很好金剛石薄膜，而玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金 剛石薄膜使用的漿料更是薄膜制備的關(guān)鍵技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一是提供一種玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜 使用的漿料，其具有較低的成本并且適用玻璃襯底上大面積均勻制備金剛 石薄膜；
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種上述玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛 石薄膜使用的漿料的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
一種玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料，其特別之處在 于，以重量份計(jì)組成為
溶質(zhì) 2-4份
溶劑 5-10份其中溶質(zhì)以重量份計(jì)組成為
納米石墨 3-6份
納米金剛石 8-16份
乙基纖維素 6-12份。
其中溶劑是松油醇。
一種玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料的制備方法，其 特別之處在于，包括下列步驟
a、 對(duì)原料進(jìn)行研磨
將納米石墨、納米金剛石、和乙基纖維素研磨至粒度為10-100納米作 為原料備用；
b、 制備納米金剛石漿料
將原料納米石墨、納米金剛石、和乙基纖維素按重量比3-6: 8-16: 6-12 比例混合作為溶質(zhì)，按重量比2-4: 5-10將溶質(zhì)加入溶劑中，超聲分散7-9 小時(shí)或至溶質(zhì)在溶劑中充分分散，然后在300-373K下加熱攪拌，過(guò)350-450 目篩后，使納米金剛石和納米石墨均勻分布，自然冷卻至室溫即可。
其中步驟b中溶劑是松油醇。
本發(fā)明中玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料，其具有較 低的成本并且適用于玻璃襯底大面積均勻制備復(fù)合納米金剛石薄膜。利用 本發(fā)明，引入納米石墨作為導(dǎo)電晶界制備的復(fù)合納米金剛石薄膜，提高了 電子發(fā)射特性和電子發(fā)射效率高的特點(diǎn)。金剛石具有很好的化學(xué)穩(wěn)定性， 耐酸耐腐蝕。用絲網(wǎng)印刷復(fù)合納米金剛石薄膜制備的顯示器陰極，可用于 制作極地考察、航空航天等的顯示器。本發(fā)明用納米金剛石作為發(fā)射體， 納米石墨作為導(dǎo)電媒質(zhì)，用低成本的絲網(wǎng)印刷方法在玻璃襯底上制備大面 積均勻的復(fù)合納米金剛石薄膜，能夠制備出了場(chǎng)發(fā)射性能很好并能用于惡 劣環(huán)境的顯示器陰極。
具體實(shí)施例方式
絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米金剛石薄膜的方法如下
一、 制備玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料 玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料配制工藝流程納米
金剛石、納米石墨、乙基纖維素的稱量一研磨一加入溶劑中長(zhǎng)時(shí)間超聲分 散一過(guò)篩一加熱攪拌一過(guò)篩一冷卻至室溫。
由于納米金剛石顆粒很容易團(tuán)聚在一起，形成帶有若干弱連接界面的 尺寸較大的團(tuán)聚體，這給納米顆粒在金屬襯底表面的均勻分布帶來(lái)了很大 的困難，從而影響電子發(fā)射的均勻性，所以在漿料制備前分別將納米金剛 石和納米石墨進(jìn)行研磨，使其團(tuán)聚體散開(kāi)粒度變小。乙基纖維素最好也進(jìn) 行研磨。
加熱過(guò)程中超聲分散的時(shí)間一般為6-9小時(shí)，待納米金剛石、納米石 墨、乙基纖維素在溶劑松油醇中充分分散即可。納米顆粒容易團(tuán)聚，制備 復(fù)合金剛石漿料，其分散分三步進(jìn)行。第一步納米金剛石、納米石墨、乙 基纖維素按3:8:6稱量后混合進(jìn)行研磨并攪勻;第二步是加入溶劑后加熱至 373K超聲波分散7-9小時(shí)，使團(tuán)聚在一起的復(fù)合納米金剛石得到分拆。第 三步是用高目數(shù)的篩網(wǎng)(400目以上)進(jìn)一步對(duì)糊狀物進(jìn)行過(guò)濾，借助機(jī) 械外力以除去其中的大顆粒，并確保未得到良好分散的復(fù)合納米金剛石團(tuán) 聚物的尺寸在機(jī)械外力作用下處于一個(gè)合適的尺度上，使復(fù)合納米金剛石 均勻分布。冷卻至室溫時(shí)分散稀糊狀漿料變成粘稠的。
二、 絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米金剛石薄膜
玻璃襯底上四網(wǎng)印刷復(fù)合納米金剛石薄膜所用的網(wǎng)有金屬絲網(wǎng)和漆 綸絲網(wǎng)，可根據(jù)實(shí)際印刷的需要確定絲網(wǎng)的質(zhì)地和絲網(wǎng)目數(shù)。合適的絲網(wǎng) 目數(shù)為300-400目，印刷線條越精細(xì)，所需要的目數(shù)越高。印刷設(shè)備為自動(dòng)或手動(dòng)的絲網(wǎng)印刷機(jī)。
需要印刷特定圖形時(shí)，要先制備印刷用的絲網(wǎng)版。制版工藝流程為 繪制原稿一制作陽(yáng)圖片一選擇網(wǎng)框一繃網(wǎng)一粘網(wǎng)—網(wǎng)版前處理(清洗)— 涂感光膠一烘干一曬版一顯影一修版一二次曝光一干燥一印刷。
進(jìn)行印刷時(shí)，手動(dòng)印刷機(jī)和自動(dòng)印刷機(jī)的操作方式略有不同，但其原 理相同，都是用刮板(自動(dòng)印刷機(jī)中稱為印刷器)擠壓玻璃襯底上印刷復(fù) 合納米金剛石薄膜使用的槳料，使之通過(guò)絲網(wǎng)版漏印到絲網(wǎng)下面的承印物 表面(導(dǎo)電玻璃襯底)。在導(dǎo)電玻璃襯底上利用上述絲網(wǎng)印刷方法，將上 述玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料印刷在導(dǎo)電玻璃襯底 上作為顯示器電子發(fā)射陰極。
三、 印刷后的熱燒結(jié)處理
由于未經(jīng)熱燒結(jié)處理的印刷復(fù)合納米金剛石薄膜中制漿材料包圍在 納米金剛石發(fā)射體上，所以必須對(duì)其進(jìn)行熱燒結(jié)處理。
熱燒結(jié)有兩個(gè)目的 一方面使薄膜干燥并牢固地粘結(jié)在導(dǎo)電玻璃襯底 上，另一方面使薄膜中所含制漿材料分解蒸發(fā)掉。如果制漿材料(乙基纖 維素)不能充分地將其分解蒸發(fā)掉，這些材料在印刷層干燥后會(huì)緊密地包 裹在納米金剛石發(fā)射體上,使之無(wú)法發(fā)射電子，因此必須在后面的熱處理過(guò) 程中加以去除。使納米金剛石發(fā)射體露出薄膜表面，才有利于電子場(chǎng)發(fā)射。
熱燒結(jié)曲線包括3個(gè)升溫階段、3個(gè)恒溫階段和1個(gè)降溫階段。第一 段的恒溫主要是烘干納米金剛石薄膜，第二段的恒溫主要是通過(guò)漿料本身 的表面張力的作用而使納米金剛石印刷層表面更加均勻和平整，是一個(gè)自 修飾過(guò)程。并使印刷層充分干燥。第三段的恒溫過(guò)程是為了使干燥后的制 漿材料在高溫下分解揮發(fā)。最后是自然降溫過(guò)程。
四、 熱燒結(jié)后的氫等離子體處理
將絲網(wǎng)印刷的復(fù)合納米金剛石薄膜陰極樣品熱燒結(jié)后的氫等離子體處理，等離子發(fā)生器產(chǎn)生高壓高頻能量在噴嘴鋼管中被激活和被控制的輝 光放電中產(chǎn)生了低溫氫等離子體，借助壓縮空氣將氫等離子體噴向納米金 剛石薄膜表面，當(dāng)氫等離子體與表面相遇時(shí)，產(chǎn)生了化學(xué)作用和物理變化， 其表面分子鏈結(jié)構(gòu)得到了改變，SPZ鍵變多，使電子的遂穿和發(fā)射變得容 易；并使復(fù)合納米金剛石薄膜表面的金剛石尖端分布均勻，提高電子場(chǎng)發(fā)
射的穩(wěn)定性。 實(shí)施例1
一種絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米金剛石薄膜的方法，包括下列步驟
a、 納米金剛石和納米石墨的研磨在漿料制備前分別將取納米石墨
30克、納米金剛石80克、乙基纖維素60克用研體進(jìn)行研磨至粒度為100 納米，充分混合作為溶質(zhì)；
b、 制備納米金剛石漿料將混合好的溶質(zhì)，按l: 5質(zhì)量比例將溶質(zhì)
加入松油醇中，超聲分散8小時(shí)至溶質(zhì)在溶劑中充分分散，然后在373K 下加熱攪拌，過(guò)400目篩后，使納米金剛石和納米石墨均勻分布，自然冷 卻至室溫待用；
c、 絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米金剛石薄膜選擇目數(shù)為350目的金屬絲網(wǎng) 或滌綸絲網(wǎng)，用上一步驟得到的納米金剛石漿料通過(guò)絲網(wǎng)印刷機(jī)進(jìn)行絲網(wǎng) 印刷在玻璃板上；
d、 印刷后的熱燒結(jié)處理升溫至^K后保持20分鐘，然后再升溫至 T2K后保持130分鐘，然后再升溫至T3K后保持80分鐘，自然冷卻至室 溫待用。
e、 氫等離子體處理通過(guò)等離子發(fā)生器產(chǎn)生低溫氫等離子體，借助壓 縮空氣以0.70W/cm2將氫等離子體噴向上一步驟得到的納米金剛石薄膜表 面，時(shí)間保持1.5分鐘，使納米金剛石發(fā)射尖均勻分布在薄膜表面上。實(shí)施例2
一種絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米金剛石薄膜的方法，包括下列步驟
a、 納米金剛石和納米石墨的研磨在漿料制備前分別將取納米石墨
60克、納米金剛石160克、乙基纖維素120克用研體進(jìn)行研磨至粒度為 100納米，充分混合作為溶質(zhì)；
b、 制備納米金剛石漿料將混合好的溶質(zhì)，按2: 10質(zhì)量比例將溶 質(zhì)加入松油醇中，超聲分散8小時(shí)至溶質(zhì)在溶劑中充分分散，然后在343K 下加熱攪拌，過(guò)400目篩后，使納米金剛石和納米石墨均勻分布，自然冷 卻至室溫待用。
其余部分與實(shí)施例l相同。
實(shí)施例3
一種絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米金剛石薄膜的方法，包括下列步驟
a、 納米金剛石和納米石墨的研磨在漿料制備前分別將取納米石墨
15克、納米金剛石40克、乙基纖維素30克用研體進(jìn)行研磨至粒度為100 納米，充分混合作為溶質(zhì)；
b、 制備納米金剛石漿料將混合好的溶質(zhì)，按l: 5質(zhì)量比例將溶質(zhì) 加入松油醇中，超聲分散9小時(shí)至溶質(zhì)在溶劑中充分分散，然后在333K 下加熱攪拌，過(guò)350目篩后，使納米金剛石和納米石墨均勻分布，自然冷 卻至室溫待用。
其余部分與實(shí)施例l相同。
實(shí)施例4
一種絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米金剛石薄膜的方法，包括下列步驟a、 納米金剛石和納米石墨的研磨在漿料制備前分別將取納米石墨
15克、納米金剛石60克、乙基纖維素30克用研體進(jìn)行研磨至粒度為60 納米，充分混合作為溶質(zhì)；
b、 制備納米金剛石漿料將混合好的溶質(zhì)，按1: 2.5質(zhì)量比例將溶 質(zhì)加入松油醇中，超聲分散7小時(shí)至溶質(zhì)在溶劑中充分分散，然后在300K 下加熱攪拌，過(guò)450目篩后，使納米金剛石和納米石墨均勻分布，自然冷 卻至室溫待用。
其余部分與實(shí)施例l相同。
權(quán)利要求
1、一種玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料，其特征在于，以重量份計(jì)組成為溶質(zhì) 2-4份溶劑 5-10份其中溶質(zhì)以重量份計(jì)組成為納米石墨 3-6份納米金剛石8-16份乙基纖維素6-12份。
2、 如權(quán)利要求1所述的玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料，其特征在于其中溶劑是松油醇。
3、 一種玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料的制備方法，其特征在于，包括下列步驟a、 對(duì)原料進(jìn)行研磨將納米石墨、納米金剛石、和乙基纖維素研磨至粒度為10-100納米作 為原料備用；b、 制備納米金剛石漿料將原料納米石墨、納米金剛石、和乙基纖維素按重量比3-6: 8-16: 6-12 比例混合作為溶質(zhì)，按重量比2-4: 5-10將溶質(zhì)加入溶劑中，超聲分散7-9 小時(shí)或至溶質(zhì)在溶劑中充分分散，然后在300-373K下加熱攪拌，過(guò)350-450 目篩后，使納米金剛石和納米石墨均勻分布，自然冷卻至室溫即可。
4、 如權(quán)利要求3所述的絲網(wǎng)印刷制備復(fù)合納米金剛石薄膜的方法， 其特征在于其中步驟b中溶劑是松油醇。
全文摘要
本發(fā)明涉及信息顯示領(lǐng)域的技術(shù)，尤其是玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料及其制備方法，其特點(diǎn)是，包括下列步驟a.對(duì)原料進(jìn)行研磨，將納米石墨、納米金剛石、和乙基纖維素研磨至粒度為10-100納米作為原料備用；b.制備納米金剛石漿料，將原料納米石墨、納米金剛石、和乙基纖維素按重量比3-6∶8-16∶6-12比例混合作為溶質(zhì)，按重量比2-4∶5-10將溶質(zhì)加入溶劑中，超聲分散7-9小時(shí)，然后在300-373K下加熱攪拌，過(guò)350-450目篩后，自然冷卻至室溫即可。本發(fā)明中玻璃襯底上印刷復(fù)合納米金剛石薄膜使用的漿料，其具有較低的成本并且適用于玻璃襯底大面積均勻制備復(fù)合納米金剛石薄膜。
文檔編號(hào)C03C17/22GK101439934SQ20081023380
公開(kāi)日2009年5月27日 申請(qǐng)日期2008年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者張秀霞 申請(qǐng)人:北方民族大學(xué)